Überblick zur Geschichte und Epidemiologie der HHT

Einleitung

Für viele der ca. 25.000 Gene des Menschen und deren Genprodukte sind deren Funktion und biochemischen Eigenschaften häufig unbekannt oder nur unzureichend charakterisiert. Eine genaue Analyse, so wichtig sie ist, ist zeitaufwendig und kostenintensiv und häufig ist nicht bekannt unter welchem Gesichtspunkt die Untersuchungen durchgeführt werden sollen, da es keine Hinweise gibt, bei welchen molekular- und zellbiologischen Aktivitäten die Gene oder ihre Genprodukte eine Rolle spielen. Im Gegensatz dazu bietet die Identifizierung von Genen und deren Genprodukte, insbesondere bei Erbkrankheiten, bei denen eine Mutationen zu Krankheiten führen, einen direkten Einstieg in das molekular- und zellbiologische Netzwerk des Organismus und der Zellhomöostase. So bedauernswert dies für die betroffenen Personen ist, aber die Krankheitssymptome liefern dem Wissenschaftler erste Hinweise darüber, bei welchen Vorgängen innerhalb des Organismus oder bei der Embryonalentwicklung er für dieses Gen seine Forschung ansetzen muss. Ein exzellentes Beispiel für diesen Forschungsansatz bietet die vaskuläre Erkrankung der Hereditären Hämorrhagischen Teleangiektasie. Ausgehend von der oben formulierten Prämisse, sollte die Suche nach relevanten Krankheitsgenen zur Identifizierung von Genen führen, die an der Vaskulogenese und/oder Angiogenese beteiligt sind und die Homöostase der Blutgefäßzellen, wie Endothelzellen und glatte Muskelzellen, regulieren. Die Forschung der letzten 25 Jahre und der daraus resultierenden Erkenntnisse haben diese Vermutung bestätigt. Nachfolgend folgt ein kurzer geschichtlicher Überblick über die Hereditäre Hämorrhagische Teleangiektasie. Hervorzuheben sei noch, dass Arbeiten zur Hereditären Hämorrhagischen Teleangiektasie nicht nur zu einem besseren Verständnis der Krankheit selber führen, sondern sie fördern generelle Erkenntnisse im Bereich der Angiogenese und Blutgefäßhomöostase, von der unterschiedlichste Forschungsrichtungen in der Grundlagenforschung und der medizinischen Forschung profitieren können.

Geschichtlicher Überblick

In einem Übersichtsartikel zur HHT weist der Autor darauf hin, dass in den frühen medizinischen Abhandlungen von Hippokrates, Galenus und Avicenna keine Krankheitsbeschreibungen auftauchen, deren Symptome auf das HHT Krankheitsbild zutreffen (27). Ebenso nicht in der Bibel und in medizinischen Aufzeichnungen aus dem alten Ägypten, Griechenland oder Rom. Dies bedeutet aber nicht, das es sich bei der HHT um eine relative „neue“ Erkrankung handelt. Wahrscheinlich ist eher, dass die verschiedenen HHT Symptome nicht als das Erscheinungsbild einer einzelnen Krankheit erkannt wurden. Ein auch heute noch bestehendes Problem. Damit beginnt nach unserem derzeitigen Kenntnisstand die wissenschaftliche Geschichte der HHT im 19. Jahrhundert.

Im Jahre 1865 berichtet der englische Arzt Benjamin Guy Babbington in der medizinischen Zeitschrift The Lancet zum ersten mal von einer vererbbaren Form des Nasenblutens bei einem Patienten, der seit seinem achten Lebensjahr von Epistaxien betroffen war. Gleiche Symptome wurden auch für dessen Mutter beschrieben. Eine noch frühere Beschreibung, bei der es sich um HHT handeln könnte, stammt aus dem Jahr 1864 von Gawen Sutton. Sutton berichtet von einem Patienten mit vaskulären Fehlbildungen und wiederholt auftretenden Epistaxien. Da es sich bei dieser Person um eine Waise handelte, sind keinerlei Informationen zur Familie vorhanden.

Weitere Beschreibungen des HHT Krankheitsbildes aus dem 19. Jahrhundert stammen von John Wickham Legg (1876) und Henry Louis Marie Rendu (1896). John Wickham Legg berichtet von einem Patienten mit familiär auftretenden Epistaxien und vielfachen kleinen Naevi. Der französische Arzt Henry Rendu beschreibt in seinem Fallbericht einen 52 Jahre alten Patienten mit Symptomen von Anämie und täglichen Episoden von Nasenbluten seit seinem 12. Lebensjahr, dessen Vater eine ähnliche Krankheitsgeschichte aufwies. Außer den Epistaxien waren keine weiteren Blutungen (Hämorrhagien) präsent, jedoch berichtet Henry Rendu weiterhin von zahlreichen kleinen roten Punkten auf der Nase, Zunge und der Oberlippe, aufgrund von dilatierten superfizialen Gefäßen (Teleangiektasien). In dieser Veröffentlichung, stellt Henry Rendu noch zwei weitere Fälle aus einer Familie vor, in der 7 Mitglieder von wiederholt auftretenden Epistaxien betroffen waren. Beide Patienten hatten Episoden von Nasenbluten seit ihrer Kindheit und zeigten ebenfalls Teleangiektasien. Rendu war der erste, der das Auftreten von hereditären Epistaxien und Teleangiektasien als ein eigenständiges klinisches Erscheinungsbild erkannte, das sich von der Hämophilie (Bluter Krankheit) unterscheidet.

Im Jahre 1901 berichtete der kanadische Arzt Sir William Osler im John Hopkins Hospital Bulletin von drei Familien mit vererbten Teleangiektasien und wiederholt auftretenden Blutungen. Der Patient George B., ein 57 Jahre alter Seemann, war aufgrund allgemeiner Schwäche, Anämie und geschwollener Füße eingewiesen worden. Von seinem Vater wird berichtet, dass dieser seit seiner Kindheit Blutungen aus seiner Nase und von Schnittwunden hatte. Die Mutter des Patienten war gesund, jedoch zwei seiner Brüder litten unter Epistaxien. George B. war schon immer stark anämisch und zeigte häufig Blutungen von einem Angiom auf der Oberlippe und der Schleimhaut des Septum. Sein Gesicht, Ohren, Nase, Wange und Lippen, wiesen zahlreiche Teleangiektasien auf. Aus der zweiten Familie litt der 55 Jahre alte Patient William B. unter wiederholt auftretendem Nasenbluten, war jedoch ins Krankenhaus eingewiesen worden aufgrund von Übelkeit, Erbrechen und seit mehreren Monaten anhaltenden Unterleibsschmerzen. Osler erwähnt hier als erster die Beteiligung innerer Organe in Form von gastralen Angiodysplasien, 3-4 mm große Teleangiektasien. William B. verstarb einen Monat später an einer Hämatemesis (Bluterbrechen). In der dritten Familie, wird von einer 48 Jahre alten Frau, Inez MWC, berichtet, die von wiederholt auftretenden Epistaxien seit ihrem zehnten Lebensjahr betroffen war und zahlreiche Teleangiektasien im Gesicht aufwies. Sir William Osler war äußerst fasziniert und interessiert an dieser vererbbaren Krankheit und sechs Jahre später veröffentlichte er weitere Fälle, bei denen er noch besonders auf den verwunderlichen Zusammenhang zwischen Angiomen oder Teleangiektasien und Anomalien in Bezug auf die Leber hinweist.

Im Jahre 1907 folgte eine Veröffentlichung von Frederick Parkes Weber in The Lancet, in der er das Eponym Rendu-Osler-Weber Syndrom einführte, um diese Krankheit zu benennen. Der heutzutage insbesondere in Publikationen mit molekular- und zellbiologischer Ausrichtung, international gebräuchlichere Begriff Hereditäre Hämorrhagische Teleangiektasie wurde 1909 erstmals in einer Veröffentlichung des John Hopkins Hospital Arztes F.M. Hanes verwendet. Diese Krankheitsbezeichnung gibt die akkurateste Beschreibung der häufigsten klinischen Erscheinungsformen dieser Krankheit wieder. Weitere Synonyme für diese Krankheit sind Babington’s “disease“, Sutton’s “disease“, Goldstein’s “heredofamilial angiomatosis“, Osler’s “disease“, Osler-Rendu-Weber Syndrom, Morbus Osler, Angioma Hemorrhagicum Hereditaria, Familiäre Hämorrhagische Teleangiektasie oder “multiple hereditary telangiectases with recurrent hemorrhage“.

Epidemiologie

HHT zeigt eine weltweite Verbreitung in zahlreichen unterschiedlichen ethnischen und rassischen Gruppen und ist geschlechtsunabhängig. Eine Literaturrecherche unter dem Stichwort Hereditary Hemorrhagic Teleangiectasia in der elektronischen Datenbank PubMed der amerikanischen National Library of Medicine und des and The National Institute of Health ergab 2845 Einträge (Stand 01/2015). Bei vielen Veröffentlichungen vor 1990 handelt es sich um “Case Reports“ (Fallbeispiele). Viele dieser Berichte betreffen Patienten der kaukasischen Rasse mit Herkunft aus den verschiedenen europäischen Staaten und den USA. Jedoch gibt es einige frühe Publikationen aus den 1950igern die bereits über HHT auch in der negroiden Bevölkerung Afrikas berichten, zum Beispiel über einen Fall von HHT in der südafrikanischen Bevölkerungsgruppe der Bantus und ein “Case Report“ aus Nigeria von 1978. Erste in PubMed dokumentierte Berichte über HHT aus asiatischen Ländern stammen für Thailand von 1972, für Japan von 1987, für Indien von 1962 oder für Taiwan/China von 1992 bzw. von einer chinesischen Familie aus Singapore von 1970. Für den arabischen Raum liegen ebenfalls mehrere Publikationen vor, eine frühe von 1978, in welcher der Autor von 87 Fällen in einer Familie aus der Sahara Gegend berichtet sowie aus dem Jahre 2004 von einer israelisch-arabischen Familie und ein Bericht aus dem Jahr 2006 von 40 Patienten in einer großen Saudi Arabischen Familie. Relativ wenige Berichte finden sich auch aus dem mittelamerikanischen und südamerikanischen Raum. Hier finden sich nur einige wenige Veröffentlichungen aus Brasilien, Mexiko, Argentinien und Peru. Die meisten von diesen aus den letzten 10 bis 15 Jahren. Eine Ausnahme bilden hier die Niederländischen Antillen auf die später noch näher eingegangen wird. Ebenfalls unterrepräsentiert ist Australien mit 33 Veröffentlichungen die sich mit dem Thema HHT beschäftigen, von denen die meisten ebenfalls aus den letzten 15 Jahren stammen. Keinerlei Berichte liegen derzeit aus Neuseeland vor.

Der Umstand, dass die Mehrzahl der Berichte in der Literatur Fälle beschreibt bei denen die Patienten der kaukasischen Rasse angehören ist zwar auffällig, jedoch nicht unbedingt ein Hinweis für eine erhöhte Inzidenz für HHT in dieser Rasse. Die Ursachen hierfür liegen wohl eher in der unterschiedlichen Ausrichtung und Qualität der Gesundheitssysteme in den verschiedenen Ländern, insbesondere in den Ländern der Dritten Welt, im Vergleich zu den Erste-Welt-Ländern der Europäischen Union und der USA. Des Weiteren ist zu beachten, dass bei der dunkleren Hautpigmentierung vieler anderer menschlicher Rassen die für HHT typischen Hautteleangiektasien bei einer nur oberflächlichen Untersuchung leicht übersehen werden können. Ein weiterer Grund liegt wahrscheinlich auch darin, dass diese Krankheit häufig nicht richtig oder erst dann diagnostiziert wird, wenn eine lebensbedrohende Situation für den Patienten eintritt. Die Anzahl der Publikationen in den letzten 20 Jahren zur HHT zeigt jedoch, dass das Bewusstsein für diese Krankheit und die Kenntnisse über ihre unterschiedlichen klinischen Erscheinungsformen stark gestiegen sind.

Die Tatsache, dass HHT in den vergangenen Jahrzehnten möglicherweise nicht eindeutig oder überhaupt nicht diagnostiziert wurde, mag erklären, warum nach früheren Einschätzungen bei der Inzidenz für HHT von 1-2 Fällen pro 100.000 ausgegangen wurde und damit als extrem seltene Erkrankung eingestuft wurde. Dieses Bild muss aufgrund der in den letzten Jahren gesammelten Daten revidiert werden. Multidisziplinäre Untersuchungen mit besseren und einheitlicheren Diagnostikkriterien zeigten, dass die Häufigkeit von HHT wesentlich höher liegt, obwohl sie nach den Richtlinien der Europäischen Union immer noch als seltene Krankheit bezeichnet werden muss. Entsprechend einem Beschluss vom April 1999 des Europäischen Parlaments und Rats (European Parliament and of the Council. European Commission. Decision No. 1295/1999/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 1999) sind in der Europäischen Union Krankheiten mit einer Prävalenz von 1:2000 oder geringer als seltene Krankheiten einzustufen.

Die Zahlen für HHT schwanken je nach Land und geographischer Lage zwischen 1:40.000 und 1:1.331. Porteous und Mitarbeiter ermittelten anhand klinischer Daten für den Norden Englands eine Prävalenz von ungefähr 1 zu 40.000, wobei neuere Untersuchungen von FOGARTY und Mitarbeitern von 2014 ergaben für Groß Britannien eine Prävalenz von 1:9.000. Untersuchungen von Plauchu und Bideau aus dem Jahr 1984 haben für das französische Departement von Ain eine Häufigkeit von 1:2.351 aufgezeigt. Auf der dänischen Insel Fyn liegt die Rate bei 1:3.500, auf den Leeward Inseln bei 1:5.155 und für Vermont, USA, berichten Guttmacher und Kollegen von einer Prävalenz von 1:16.500. In Japan wurde die Prävalenz für einen Verwaltungsbezirk mit 1.2 Millionen Einwohnern auf 1:8.000 geschätzt.

Die höchste Prävalenz mit 1:1331 wurde bisher für die Niederländischen Antillen Inseln Bonaire und Curaçao berichtet. Diese hohe Prävalenz hängt zum einen möglicherweise von der Familienstruktur und der spezifischen geschichtlichen Vergangenheit der meisten hier betroffenen Patienten ab. Diese sind Nachfahren ehemaliger schwarzer Sklaven auf diesen Inseln. Zum anderen haben genetische Untersuchungen bezüglich der HHT Krankheitsgene gezeigt, dass die Krankheit zum Teil auch durch einen holländischen Kolonisten an die damalige schwarze Sklavenpopulation vererbt wurde. Man spricht hier von einem “Founder“ Effekt. Anhand dieser und weiterer Daten errechneten Shovlin und Mitarbeiter eine allgemeine Prävalenz von 1:5000 – 1:8000 für HHT und die Autoren schließen daraus, dass HHT nicht mehr länger als wirklich seltene Krankheit eingestuft werden kann.

Identifizierung der HHT Krankheitsgene

Bereits in den ersten Berichten zur HHT war den Autoren bewusst, dass es sich bei dieser Krankheit um eine Erbkrankheit handelt. Das heißt, spezifische Krankheitsmerkmale, Symptome werden in einer Familie von einer Generation an die nächste weitergereicht, vererbt. Jedoch war im 19. Jahrhundert das Wissen über den Mechanismus der Informationsweitergabe und der Informationsspeicherung zwischen zwei lebenden Organismen bzw. innerhalb eines Organismus, in unserer heutigen Definition noch nicht bekannt. Der ursprünglich rein formal zu verstehende Begriff Gen wurde erst im Jahre 1909 durch den dänischen Botaniker Wilhelm Johannsen geprägt und basiert unter anderem auf den Vorarbeiten von Gregor Mendel. Johannsen verstand unter einem Gen eine genetische Einheit der Vererbung eines Merkmals von einer Generation auf die nächstfolgende Generation. Die begriffliche Konkretisierung dieser Einheit diente fortan als molekulare Definition und führte damit zu einer wesentlichen Weiterentwicklung der Genetik, ein Begriff der 1907 von dem englischen Zoologen W. Bateson eingeführt wurde. Obwohl den Wissenschaftlern der damaligen Zeit die biochemische Beschaffenheit eines Gens und dessen Funktionsweise nicht bekannt war, gab es bereits Vorstellungen über den Zusammenhang der Vererbung in Form von Chromosomen und Genen, als Untereinheit der Chromosomen, die von dem Amerikaner Thomas Hunt Morgan und seiner Arbeitsgruppe formuliert wurden. Erst durch die Arbeiten von Avery, McLeod und McCarty (1944) wurde die DNA als das genetische Material erkannt und durch die Transformation von Bakterien mit DNA der Nachweis erbracht, dass die DNA Trägerin der genetischen Information ist.

Anfang der 1990er begannen mehrere Arbeitsgruppen nach der oder den genetischen Ursache(n) für die autosomal dominant vererbbare Hereditäre Hämorrhagische Teleangiektasie zu suchen. Hierbei wurde die Methode der Kopplungsanalyse eingesetzt, die es erlaubt, bestimmte Bereiche (Loci) innerhalb des menschlichen Genoms zu identifizieren, die mit einem bestimmten Merkmal, z.b. einer Krankheit, in Verbindung stehen. Der Identifizierte Lokus umfasst dann in der Regel mehrere Gene, von denen dann ein Gen für das spezifische Merkmal verantwortlich ist. Bei einer Krankheit können dies auch mehrere Loci sein und dementsprechend auch mehrere unterschiedliche Gene an der Entstehung einer Krankheit beteiligt sein. Die der Kopplungsanalyse zugrunde liegenden Mechanismen wurden bereits 1919 von T.H. Morgan in seinem Buch „The physical basis of heredity“ formuliert: „Spaltung und freie Kombination sind die beiden Grundprinzipien der Vererbung, die Mendel entdeckte. Seit 1900 sind vier weitere Prinzipien hinzugekommen. Diese werden bezeichnet als das der Koppelung, das des Faktorenaustausches (Anmerkung: gemeint sind die Gene), das der linearen Anordnung der Gene und das Prinzip der begrenzten Zahl der Kopplungsgruppen. „… können wir die sechs genannten Prinzipien als die bisher bekannten Vererbungsgesetze bezeichnen“.

Als Kopplungsanalyse werden Familienanalysen bezeichnet, bei denen die Segregation (genetische Weitergabe) von Merkmalen in Familien mit der Segregation von Allelen bestimmter Marker (DNA Sequenzen an definierten Positionen eines Chromosoms) in der Meiose verglichen wird. Bei der genetischen Kopplungsanalyse nutzt man die phänotypischen Befunde der Stammbaumanalyse aus und untersucht deren Kopplung zu einem genetischen Lokus. Heute verwendet man für solche Kopplungsuntersuchungen häufig Mikrosatelliten als Marker. Man benötigt ein paar hundert solcher Marker, die in einem gewissen definierten Abstand über das ganze Genom verteilt sind, um mindestens einen Marker zu finden, der eng mit einer vorgegebenen erblichen Erkrankung gekoppelt ist.

Bei einem dominanten Erbleiden, wie der HHT, bei der die Vererbung eines einzigen Allels (ein mutiertes Gen) ausreicht um die Erkrankung auszulösen, ist ein Marker gekoppelt, wenn er sich bei allen erkrankten Verwandten nachweisen lässt, nicht jedoch bei den Gesunden. Die Aussagekraft einer Kopplungsanalyse steigt exponentiell mit der Anzahl der untersuchten Merkmalsträger und Nicht-Merkmalsträger. Beim autosomal dominanten Erbgang sind die Merkmalsträger heterozygot (ein gesundes und ein mutiertes Gen) für den gekoppelten Marker.

Die Auswertung von Kopplungsanalysen erfolgt statistisch. Je mehr Meiosen und damit Rekombinationsmöglichkeiten untersucht werden, desto sicherer wird das Resultat. Es gibt an, um wie viel wahrscheinlicher „Kopplung“ im Verhältnis zu „Nicht-Kopplung“ vorliegt. Die statistische Maßzahl für diese Sicherheit ist der sogenannte LOD-Score (“logarithm of the odds“). Man berechnet den LOD-Score, indem man folgendes Wahrscheinlichkeitsverhältnis aufstellt und dieses Verhältnis als Logarithmus zur Basis 10 ausdrückt: Wahrscheinlichkeit, dass zwei Loci gekoppelt sind (Rekombinationsmöglichkeit 0); Wahrscheinlichkeit, dass diese Loci nicht gekoppelt sind (Rekombinationsmöglichkeit 0,5). Die Parameter Allelfrequenz, Penetranz und Erbgang der Erkrankung müssen vorher eindeutig festgelegt werden. Eine Kopplung wird als signifikant betrachtet, wenn der LOD-Wert über 3 liegt. Es ist somit 1000mal wahrscheinlicher, dass die untersuchten Loci gekoppelt sind, als dass dies nicht der Fall ist. Ein LOD-Wert von 2 oder weniger spricht gegen eine Kopplung. Ist mit einer genomweiten Kopplungsanalyse die chromosomale Teilregion für einen Krankheitslokus ermittelt, kann über Datenbanken nach Kandidatengenen in der nun bekannten Region gesucht werden. Kandidaten sind jene Gene, die für den Pathomechanismus der Erkrankung verantwortlich sein könnten. Die Integrität dieser verdächtigen Gene kann unter anderem durch Sequenzieren der Exons, durch quantitative Messungen oder funktionelle Tests der Genprodukte überprüft oder wiederlegt werden. Ziel ist es, eine Mutation zu finden, die ein verändertes Genprodukt bedingt und möglicherweise den Pathomechanismus der Erkrankung erklärt.

Unabhängig von einander wurde von drei verschiedenen Arbeitsgruppen ein HHT Genlokus der chromosomalen Region 9q33-34 zugeordnet, mit Hilfe der DNA-Marker D9S60 und D9S61, die einen LOD-Wert von 6,2 - 13,03 für die unterschiedlichen untersuchten HHT-Familien erbrachten. Als mögliches Kandidatengen in dieser Region kam das Kollagen 5a1 (COL5A1) Gen in Betracht, wurde aber aufgrund weiterer genauerer Kopplungsanalysen ausgeschlossen. Mit Hilfe von zwei weiteren Familien mit mehr Familienmitgliedern aus drei Generationen gelang es der Gruppe um Douglas A. Marchuk von der Duke University in North Carolina die Kandidatenregion auf 2 cM (Erklärung siehe Anhang) einzuengen. Innerhalb dieser Region liegt das Gen Endoglin.

Es war bereits bekannt, dass in Anwesenheit des Zytokins Transforming Growth Factor-beta (TGF-b) Endoglin mit den TGF-b Typ I und Typ II Signalrezeptoren interagiert und dass TGF-b ein sowohl fördernder als auch hemmender Angiogenesefaktor sein kann. Die Tatsache, dass HHT eine vaskuläre Erkrankung ist, ließ vermuten, dass der mögliche Defekt etwas mit dem Prozess der Angiogenese und den daran beteiligten Genen/Proteinen zu tun haben könnte. Auf Endothelzellen ist Endoglin das am häufigsten vorkommende Protein, welches mit TGF-b interagiert. Dementsprechend hielt D.A. Marchuk Endoglin für ein exzellentes Kandidatengen. Die anschließende Sequenzierung des Endoglin Gens bei den betroffenen Patienten bestätigten die Vermutung von Dr. Marchuk. Seine Mitarbeiter fanden 1994 für beide Familien eine Mutation, die jeweils familienspezifisch war. Eine Deletion von 2 Basenpaaren (Bp) in Exon 11, die zu einem verkürzten Protein ohne Transmembran- und zytoplasmatischer Domäne führt sowie eine 39 bp große “in frame“ Deletion in Exon 7. In einer weiteren Familie konnte eine Punkmutation in Exon 7 identifiziert werden, eine sogenannte Nonsense Mutation, die zu einem frühzeitigen Stopkodon führte. Auch diese Mutation war familienspezifisch und betraf nur ein Allel, lag also heterozygot vor, was dem Charakter einer autosomal dominanten Erkrankung entspricht. Mit Stand vom Februar 2013 sind derzeit ca. 450 Endoglin Mutationen in der HHT “Mutation Database“ aufgelistet (http://www.arup.utah.edu/database/hht/).

Im Rahmen dieser ersten Kopplungsanalysen und der Identifizierung von Endoglin hatte sich gezeigt, dass es sich bei HHT um eine monogene Erkrankung handelt, bei der der Defekt in einem Gen ausreicht, um die Krankheit auszulösen. Gleichzeitig ergaben die Analysen aber auch, dass Mutationen in mindestens einem weiteren Gen ebenfalls zu dem HHT Krankheitsbild führen können. Alle Gruppen wiesen in ihren Berichten darauf hin, dass sie Familien hatten, die nach klinischen Kriterien eindeutig als HHT Patienten diagnostiziert wurden, aber keine Kopplung zu dem Endoglin Lokus 9q34 aufwiesen. Im Anschluss daran erbrachten genomweite Kopplungsanalysen mit Familien, bei denen die Kopplung zu der Chromosomenregion 9q34 ausgeschlossen werden konnte, eine Kopplung mit der Chromosomenregion 12q11-14 mit einem LOD-Wert von 7,8 bzw. 10,77 für ein weiteres mögliches Kandidatengen. Mit Hilfe weiterer für diese Region spezifischer Marker gelang es der Arbeitsgruppe Marchuk diesen Bereich auf ein Intervall von 4 cM einzugrenzen, welches einer physikalischen Größe von 1,38 Millionen Basenpaaren (Mb) entspricht. Innerhalb dieses Intervalls, in der Chromosomenregion 12q13, liegt das ALK1 Gen. ALK1 wird primär von Endothelzellen exprimiert und ist ein Mitglied der Serin-Threonin Kinase Rezeptoren, welche die Rezeptoren für die Mitglieder der TGF-b Familie bilden. Dieselbe Rezeptor- und Liganden-Familie mit der Endoglin interagiert. Somit war ALK1 ein Kandidatengen erster Wahl.

Nach Sequenzierung der ALK1 kodierenden Sequenz konnten in drei verschiedenen Familien familienspezifische Mutationen identifiziert werden. Damit war 1996 das zweite HHT Gen gefunden. Zahlreiche weitere ALK1 Mutationen wurden in der Zwischenzeit identifiziert. Mit Stand vom Februar 2013 sind derzeit ca. 350 ALK1 Mutationen in der HHT “Mutation Database“ aufgelistet (http://www.arup.utah.edu/database/hht/). Damit liegt die Zahl der bisher berichteten Endoglin Mutationen zwar höher, jedoch ist der Unterschied nicht so hoch dass sich hieraus eine klare Präferenz für Endoglin ableiten lässt. Dies ist ein wichtiger Aspekt für die genetische Diagnostik, was bedeutet, dass beide Gene bei einer Verdachtsdiagnose getestet werden müssen.

Die inzwischen zahlreichen Mutationsanalysen haben gezeigt, dass die Mehrheit der HHT Patienten entweder eine Mutation für das HHT-1 Gen Endoglin (HHT-1 Patienten) oder das HHT-2 Gen ALK1 (HHT-2 Patienten) aufweisen und dass es geographische Unterschiede in Bezug auf den prozentualen Anteil an HHT-1 versus HHT-2 Patienten in der Bevölkerung gibt. HHT-1 ist in der nordamerikanischen, kanadischen und nordeuropäischen Bevölkerung stärker verbreitet als der HHT-2 Genotyp. Im Gegensatz dazu liegt in den mediterranen Ländern wie Frankreich, Italien und Spanien das umgekehrte Verhältnis vor sowie interessanterweise auch in Deutschland.

Für einen geringen Prozentsatz der HHT Familien konnten keine Mutationen in Endoglin oder ALK1 nachgewiesen werden. Dies mag daran liegen, dass mit den unterschiedlichen Methoden zur Mutationsanalyse keine hundertprozentige Detektion erreicht werden kann. So haben Untersuchungen verschiedenster Gruppen gezeigt, dass bei der direkten Gensequenzierung die Detektionsrate eine Spanne von 62% - 93% zeigt. Untersuchungen an einer italienischen Patienten Kohorte ergaben in einer retrospektiven Studie mit der auf der “Denaturing High-Performance Liquid Chromatography“ (DHPLC) basierten Methode eine Detektionsrate von fast 100%. Wurden jedoch DNA-Proben von HHT Patienten mit unbekanntem Mutationsstatus integriert, so konnte für 7% dieser Gruppe keine Mutation in Endoglin oder ALK1 nachgewiesen werden. Eine ähnliche Methode, die Denaturierende-Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE), wurde für die Untersuchung an einer dänischen Patientengruppe eingesetzt, mit einer Erfolgsrate von 84%.

Neben der möglichen unzureichenden Sensitivität unterschiedlicher Analysemethoden, besteht auch die Möglichkeit, dass Endoglin oder ALK1 Promoter-Mutationen eine Krankheitsursache sein könnten. Untersuchungen in diese Richtung sind ohne eindeutige Ergebnisse bisher nur für Endoglin in der Arbeit von Brusgaard und Kollegen durchgeführt worden. Weitere Mutationen können natürlich auch noch in weiteren regulatorischen DNA Regionen vorliegen, wie in der 3‘UTR oder in den Intron Sequenzen. Die dritte Möglichkeit für eine nicht hundertprozentige Detektionsrate mag darin bestehen, dass neben Endoglin und ALK1 Mutationen in weiteren Genen ursächlich für HHT sind. Dies lassen die Arbeiten von Letteboer und Kollegen und Lenato und Kollegen vermuten, die für 7% ihrer Patienten keine Mutation nachweisen konnten. Bereits im Jahre 2000 hatte die Arbeitsgruppe Shovlin von einer Familie mit pulmonalen arterio-venösen Fehlbildungen (PAVMs) berichtet, die keine Kopplung zu den Endoglin und ALK1 Loci zeigt. Mittlerweile ist für diese Familie eine Kopplung nach Chromosom 5q nachgewiesen worden. Von einem möglichen vierten HHT Genlokus berichtet eine kanadische Gruppe für eine HHT Familie bei der eine Kopplung zu der Chromosomenregion 7p14 gezeigt werden konnte, mit eindeutigem Ausschluss der Kopplung zu 9q34, 12q13 und 5q.

In einigen Publikationen und bei einem Teil der HHT Wissenschaftler wird bei den Gen-Loci 5q und 7p14 gerne von den HHT 3 und HHT 4 Genen gesprochen. Aktuell existiert aber bereits ein drittes Gen, bei dem Mutationen zur HHT führen. Hierbei handelt es sich um SMAD4. Mutationen in diesem Gen führen zur Juvenilen Polyposie (JP). In der Literatur wurden mehrfach Patienten beschrieben, die sowohl Symptome für JP als auch für HHT zeigten. Aufgrund dieses kombinierten Phänotyps wurden 2004 14 Patienten aus 7 verschiedenen JP Familien von der Arbeitsgruppe Marchuk und seinen Kooperationspartnern auf Mutationen in Endoglin, ALK1 und SMAD4 untersucht. Alle untersuchten Patienten zeigten neben den typischen JP Symptomen auch mindestens ein oder zwei HHT Merkmale, wie z.B. Teleangiektasien, Epistaxien, PAVMs, hepatische AVMs oder auch intra-craniale Blutungen. Es wurden keine Mutationen in Endoglin und ALK1 gefunden, aber alle 14 Patienten hatten Mutationen (Punktmutationen, kleinere Deletionen/Insertionen) im SMAD4 Gen. Damit hat Dr. DOUGLAS MARCHUK mit seiner Arbeitsgruppe alle drei bisher bekannten und relevanten HHT Gene identifiziert. Mittlerweile sind weitere SMAD4 Mutationen in JP/HHT Patienten gefunden worden.

Neben dem klassischen HHT Erscheinungsbild können Mutationen in den HHT1 und HHT2 Genen zu einem weiterem Syndrom mit kombiniertem Phänotyp führen. So wurde bei einigen HHT Patienten zusätzlich das “Primary Pulmonary Hypertension (PPH)“ Syndrom diagnostiziert. PPH, eine Krankheit, die, wie der Name schon sagt, durch pulmonale Hypertonie gekennzeichnet ist, welche sporadisch aber auch familiär auftreten kann, wird unter anderem durch Mutationen im „Bone Morphogenetic Receptor Type II“ (BMPRII) ausgelöst. BMPRII gehört zur Familie der TGF-b Typ II Rezeptoren. Die Mehrzahl der HHT-PPH Patienten hatten Mutationen in ALK1 und die meisten Mutationen waren Missense Mutationen die in Exon 9 und 10 liegen. Nur einige wenige Fälle wurden bisher in Verbindung mit Endoglin Mutationen beschrieben.

Anhang

Das Centimorgan (abgekürzt cM, benannt nach Thomas Hunt Morgan) ist eine Hilfsmaßeinheit der Genetik, die die Frequenz bzw. Wahrscheinlichkeit einer Rekombination in Prozent angibt. Auf diese Weise kann die genetische Distanz quantifiziert werden, also der genetische Abstand zweier Loci auf einem Chromosom.

Gene, die auf dem gleichen Chromosom liegen, können durch Crossing over “entkoppelt” werden. Die erwartete Anzahl dieser Cross-over-Ereignisse kann aus der (beobachteten) Rekombinationshäufigkeit abgeschätzt werden.

Zwei Loci sind 1 cM entfernt, wenn die Rekombinations-(d.h. Crossing over-)Wahrscheinlichkeit zwischen diesen Loci 1 % pro Meiose beträgt, also im Durchschnitt ein Cross over in 100 Meiosen auftritt:

(für die Entstehung einer Zygote benötigt man zwei Gameten, in deren Entstehung jeweils Rekombination stattgefunden haben kann).

(Erklärung aus Wikipedia)

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