Mutationsanalyse im SCN1A-Gen bei frühkindlichen myoklonischen Epilepsien unter besonderer Betrachtung der myoklonisch-astatischen Epilepsie und der frühkindlichen Epilepsie mit generalisierten tonisch-klonischen Anfällen und alternierendem Hemi-Grand mal

Abstract

Die myoklonisch-astatische Epilepsie, die schwere myoklonische Epilepsie des Kindesalters und die frühkindliche Grand mal-Epilepsie mit alternierendem Hemi-Grand mal gehören zu den frühkindlichen myoklonischen Epilepsien. Alle drei Syndrome sind genetisch determinierte idiopathische generalisierte Epilepsien. In Großfamilien mit gehäuft auftretenden generalisierten Epilepsien (sog. GEFS+-Syndrom) wurden ursächliche Mutationen in Genen von vier Ionenkanälen (SCN1A, SCN1B, SCN2A, GABRG2) nachgewiesen. Mehrere der Mutationsträger litten an einer der drei Formen der frühkindlichen myoklonischen Epilepsien. In Folgeuntersuchungen wurden auch bei Patienten mit sporadisch auftretender schwerer myoklonischer Epilepsie des Kindesalters und frühkindlicher Grand mal-Epilepsie Mutationen insbesondere im SCN1A-Gen, nachgewiesen. Die sporadische myoklonisch-astatische Epilepsie war zeitgleich zum experimentellen Teil unserer Arbeit Gegenstand zweier Studien anderer Arbeitsgruppen, die keineMutation nachweisen konnten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Kollektiv von Patienten mit myoklonisch-astatischer Epilepsie auf Mutationen im Gen des Natriumionenkanals SCN1A untersucht. Zwölf dieser Patienten hatte Prof. H. Doose in den 1970er Jahren zur Erstbeschreibung dieses Epilepsiesyndroms herangezogen. In die Studie wurden neben 21 Patienten mit myoklonisch-astatischer Epilepsie 17 Patienten mit frühkindlicher Grand mal-Epilepsie, zwei mit einer schweren myoklonischen Epilepsie des Kindesalters und zehn mit noch nicht näher klassifizierbaren frühkindlichen myoklonischen Epilepsie eingeschlossen. Es wurden die 26 Exons des SCN1A-Gens sowie die angrenzenden intronischen Bereiche mittels DNA-Sequenzierung analysiert. Es konnten dabei drei bislang nicht beschriebene Mutationen und ein neuer Polymorphismus im SCN1A-Gen nachgewiesen werden. Die erste Mutation betrifft eine Patientin, deren klinischer Phänotyp zwischen myoklonisch-astatischer Epilepsie und schwerer myoklonischer Epilepsie des Kindesalters liegt. Es handelt sch um eine Ein-Basen-Insertion in Exon 9, die zur Bildung eines vorzeitigen Stopp-Codons innerhalb des selben Exons und damit zur Translation in ein trunkiertes und somit funktionsgestörtes Kanalprotein führt (c.1299insC>L434fsX449). Die zweite Mutation - Austausch einer Base im Bereich der Splice-Donor-Site des Exon 18 (IVS18+5G>C) - fand sich bei einer Patientin mit schwerer myoklonischer Epilepsie des Kindesalters. Auch hieraus resultiert mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit durch Verschiebung des Leserasters ein vorzeitiges Stopp-Codon. Bei dem dritten Patienten handelt es sich um einen Jungen mit einer schwer verlaufenden frühkindlichen Grand mal-Epilepsie. Hier wird durch eine Punktmutation eine einzelne Aminosäure in der hoch konservierten porenbildenen Schleife zwischen Segment 5 und 6 der zweiten Domäne des Kanalproteins (DIIS5-S6-linker) ausgetauscht (c.2824C>AàR936S). Es konnte somit gezeigt werden, dass auch bei sporadischer myoklonisch-astatischer Epilepsie Mutationen im SCN1A-Gen vorkommen, wohl aber eine deutlich geringere Rolle spielen als bei der schweren myoklonischen Epilepsie, bei der Mutationen in etwa 60 % nachweisbar sind. Für die frühkindliche Grand mal-Epilepsie mit alternierendem Hemi-Grand mal scheinen in unserem europäischen Kollektiv Mutationen in diesem Gen wenig relevant zu sein. In der Zusammenschau der der Literatur entnommenen und der neu hinzugewonnenen Daten lassen sich einige klinische Kriterien erkennen, die Hinweisr auf das Vorliegen einer SCN1A-Mutation geben. Prädiktiv für Mutationen im SCN1A-Gen sind der Beginn der Erkrankung bei bis dahin unauffälligen Kindern im ersten Lebensjahr, die Entwicklung mentaler Behinderungen und ataktischer Bewegungsstörungen im Verlauf und die Persistenz der Anfälle trotz adäquater Therapie. Die von uns besonders beachteten myoklonisch-astatischen Anfälle scheinen mit Mutationen im SCN1A-Gen nicht deutlich assoziiert zu sein. Als Fortführung der vorgelegten Arbeit wäre die Untersuchung der Promotorregion des SCN1A-Gens bei allen Patienten ohne Mutationsnachweis snnvoll. Parallel hierzu sollten andere im ZNS exprimierte Natriumkanäle (SCN2A, SCN1B, SCN3A, SCN8A, SCN2B, SCN3B) in die Analyse einbezogen werden. Langfristig besteht so die Hoffnung, durch das Verständnis der Pathogenese auf der Ebene der mutationsbedingt veränderten Kanalproteine neue pharmakologische Therapieansätze entwickeln zu können. The myoclonic astatic epilepsy, the severe myoclonic epilepsy in infancy, and the severe idiopathic generalized epilepsy of infancy with generalized tonic clonic seizures belong to the myoclonic epilepsies of early childhood, a subgroup of the genetically determined idiopathic generalized epilepsies. In extended families with frequent occurrence of generalized epilepsies (GEFS+) causal mutations in the genes of four ion channels (SCN1A, SCN1B, SCN2A, GABRG2) have been found. Some of the afflicted members suffer from a myoclonic epilepsy of early childhood. In succeeding studies mutations of these genes were detected in patients with sporadic severe myoclonic epilepsy in infancy and severe idiopathic generalized epilepsy of infancy with generalized tonic clonic seizures, especially in SCN1A, a sodium channel. Recently, sporadic myoclonic astatic epilepsy was the subject of two studies by other research groups, in which no mutations could be found in this gene. Almost at the same time we examined a group of patients with myoclonic astatic epilepsy to see, if mutations in the gene coding for the sodium channel SCN1A could be found. In this study we included 21 persons with this kind of epilepsy (12 of them belong to the group of children H. Doose used for the definition of this syndrome), 17 patients with severe idiopathic generalized epilepsy of infancy with generalized tonic clonic seizures, two girls with severe myoclonic epilepsy in infancy, and ten children with myoclonic epilepsy of early childhood not definitely classified yet. The 26 exons and the adjacent intronic segments were analysed per DNA sequencing. We could show three mutations and one polymorphism, which were unknown up to now. The first mutation affects a patient with a clinical phenotype between myoclonic astatic epilepsy and severe myoclonic epilepsy in infancy. It is a 1-base-insertion in exon 9, which causes a stopp codon within the same exon and consequently the synthesis of a truncated and dysfunctional channel protein (c.1299insC>L434fsX449). The second mutation (change of one base in the splice donor site of exon 18 [IVS18+5G>C]) was found in a patient with severe myoclonic epilepsy in infancy. It is most likely that in this case a frameshift and thereby a premature stopp codon results, too. The third patient suffers from idiopathic generalized epilepsy of infancy with generalized tonic clonic seizures. One aminoacid in the high conserved pore region of the channel (the linker between the fifth and sixth segment of the second domain of the channel protein DIIS5-S6-linker) is changed by a 1-base-missense-mutation (c.2824C>A àR936S). So, it could be shown, that mutations of SCN1A exist in connection with the myoclonic astatic epilepsy. Obviously they don t play such an important part as in the severe myoclonic epilepsy in infancy, where mutations of this gene are the cause in about 60 %. With regard to idiopathic generalized epilepsy of infancy with generalized tonic clonic seizures in our European collective SCN1A mutations hardly seem to be relevant. Considering the published and the newly added data, several clinical criteria are recognizable, which point to a SCN1A mutation. An uneventful history until first seizures, a subsequent development of mental retardation and ataxia, and a lack of seizure control despite an adequate therapy are predictive for a mutation of the SCN1A gene. The occurrence of myoclonic astatic seizures, which were the focus of our study, seems to be less typical than temperature sensitive and lateralized seizures. In continuation of this study the examination of the promotor region of the SCN1A gene in all patients without positive detection of mutation would be useful. In addition, the analysis of the genes of other ion channels, that are exprimed in the brain (SCN2A, SCN1B, SCN3A, SCN8A, SCN2B, SCN3B), should be included in the analysis. On a long-term basis, there is hope that progress in the pharmacological treatment will result on the understanding of the pathogenesis at the level of alterations of the ion channels caused by mutation.