Die Untersuchung der menschlichen Kaliumkanalfamilie KCNQ im Modelltier Zebrafisch

Die Anzahl der Genmutationen, die mit bestimmten Erkrankungen in
Verbindung gebracht werden, steigt kontinuierlich. Um die Funktion
der betroffenen Gene und daher auch die Pathomechanismen, welche
durch deren Mutationen ausgelöst werden, besser zu verstehen,
werden verschiedene Tiermodelle herangezogen. Eines dieser
Tiermodelle ist der Zebrafisch (Danio rerio), der sich sehr gut
eignet, da er als Embryo oder Larve fast durchsichtig ist und bei
geringen Kosten und hoher Fekundität leicht gezüchtet und gehalten
werden kann. Zudem ist sein Genom inzwischen durchsequenziert und
somit weitgehend in Datenbanken abrufbar. KCNQ bezeichnet eine
Klasse spannungsabhängiger Kaliumkanäle die evolutionär von einem
gemeinsamen Vorläufer abstammen. Beim Menschen wurden bis Februar
2010 fünf KCNQ-Gene erforscht, die in verschiedenen Geweben
unterschiedlich exprimiert werden und bei Mutationen zu
unterschiedlichen phänotypischen Erscheinungsbildern führen. So ist
das KCNQ1-Gen mit dem autosomal-dominanten Romano-Ward-Syndrom
(RWS) oder dem rezessiven Jervell-Lange-Nielsen- Syndrom (JLNS)
assoziiert. Mutationen in den Genen KCNQ2 und KCNQ3 können zu
benignen familiären Neugeborenenkrämpfen führen. KCNQ2 ist außerdem
mit dem Krankheitsbild der Myokymie assoziiert. Bei Mutationen in
KCNQ4 kann es im frühen Erwachsenenalter zu einer dominanten
nicht-syndromalen Form des progressiven Hörverlustes kommen, der
rapide fortschreitet. Als bisher letztes Gen der KCNQ-Familie wurde
im Jahr 2000 KCNQ5 identifiziert. Bisher sind noch keine Mutationen
in diesem Gen bekannt, die mit einer Erkrankung assoziiert sind.
Der Zebrafisch wurde ausgewählt, um zu prüfen, ob sich dieser als
Tiermodell für funktionelle Untersuchungen an KCNQ-Genen und damit
für die Erforschung der pathogenetischen Zusammenhänge bei
KCNQ-assoziierten Krankheiten eignet. Hierzu wurden erstmals die
verschiedenen KCNQ-Gene beim Zebrafisch identifiziert, ihre
evolutionären Beziehungen zu den menschlichen Orthologen analysiert
und vergleichende Untersuchungen der Spleißvarianten durchgeführt.
Dabei wurden acht Loci erfasst, die orthologe Gene zu den humanen
KCNQ-Genen darstellen. Da es bei den Strahlenflossern in der
Evolution zu einer weiteren Genomduplikation kam, existieren von
etwa achtzig Prozent der humanen Gene zwei Co-orthologe beim
Zebrafisch. Im Wesentlichen sind die orthologen KCNQ-Gene zwischen
Mensch und Zebrafisch stark konserviert, vor allem an funktionell
essentiellen Bereichen. Bei allen fünf humanen KCNQ-Genen wurden
Spleißvarianten nachgewiesen. Beim Zebrafisch konnten in vier der
acht Gene Spleißvarianten gefunden werden, die mit denen der
orthologen humanen Gene weitgehend übereinstimmen. Die durch das
Online-Programm ClustalW analysierte Orthologie der KCNQ-Gene
zwischen Mensch und Zebrafisch konnte durch die konservierte
Syntenie bei sieben der acht kcnq-Gene vom Zebrafisch bestätigt
werden.