In Europa leiden etwa 120 Millionen aller 18- bis 80-jährigen an einer Hörbehinderung (16% Prävalenz). Die altersassoziierte Innenohrschwerhörigkeit (Age related hearing impairment, ARHI) hat damit Anschluss gefunden an die großen Volkskrankheiten: Ischämische Herzerkrankungen (5,9 %), Demenz (5,8 %), Diabetes mellitus und Cerebralen Erkrankungen (je 5,5 %). Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Theorie des Hörens und seinen Störungen, der cochleären Durchblutung, den metabolischen Risikofaktoren, der Molekularbiologie und Epigenetik des Innenohres. Obwohl in der Literatur weitgehend Konsens über den Einfluss exogener Faktoren auf ARHI herrscht, wie Diabetes mellitus, Herz-Kreislauferkrankungen (Framingham Studie und CVD), Hypertonie, Rauchen, Body mass index (BMI) und genderspezifische hormonelle Einflüsse, gibt es kaum HNO-ärztliche Studien dazu. Der zweite Teil geht in einer Praxis-Fallstudie an 202 Patienten folgenden Fragen nach: 1. Gibt es zwischen metabolischen Erkrankungen, wie Adipositas, Störungen des Fett- und Glucosestoffwechsels, der Hypertonie und der Zunahme von Innenohrschwerhörigkeiten im Erwachsenenalter klinische Zusammenhänge? 2. Könnte eine erste Ohrsymptomatik Prädikator einer okkulten pathologischen Stoffwechselveränderung sein? 3. Gibt es Möglichkeiten einer Prävention? Im Ergebnis zeigten sich bei Patienten mit ARHI im Verhältnis Männer/Frauen: Störung des Glukosestoffwechsels bei 97 %/84 %, Lipidstoffwechselstörungen bei 76 %/85 %, eine Homocysteinämien bei 70 %/62 %, ein Anstieg des Plasminogen-Aktivator-Inhibitors (PAI) bei 65 %/38 % und eine Harnsäureerhöhung bei 48 %/15 %. Auch bei ersten Ohrsymptomen (Ohrdruck, Tinnitus, einzelne Frequenzsenken) fanden sich in jedem einzelnen Fall metabolische Veränderungen, die entweder allein oder in unterschiedlichen Kombinationen vorlagen. Männern mit metabolisch initiierten KHK-Erkrankung haben als Prädikator häufig eine erektile Dysfunktion. Erste auditorische Symptomen könnten Prädikator okkulter metabolischer Störungen bei Männern und Frauen sein. Anamnestisch unklare Innenohrprobleme sollten daher auf Stoffwechselstörungen untersucht werden, da diese Risikofaktoren darstellen, die leitlinienbasiert zu therapieren sind. Eine Prognose ist in keinem Einzelfall möglich, da die Folgen auf die molekularbiologischen Prozesse im Innenohres individuell nicht erkennbar sind. Doch sahen wir bei einigen Patienten deutliche Verbesserungen der Symptome und einen Hörschwellenanstieg. Andere Patienten zeigten innerhalb des Beobachtungszeitraums keine Änderung der audiogenen Symptomatik. Behandlungen über einen längeren Zeitraum an einer größeren Fallzahl wären daher sinnvoll. Die Ergebnisse könnten als erste sekundärpräventive Behandlung betrachtet werden, die im Einzelfall eine Hörgeräteversorgung entbehrlich machte. Sie stellen einen Beitrag zu Pfisters Empfehlung dar, mit den vorhandenen Erkenntnissen exogener Risikomechanismen, dringend neue therapeutische Präventionsstrategien für die HNO-ärztliche Tätigkeit zu entwickeln, die die neurale und molekulare Basis anstelle der Symptome der Erkrankung fokussieren.

Abstract Finding the genetic causes leading to phenotypes of mitochondrial diseases is challenging because of heterogeneity of the disorders and variety of the underlying biochemical defects. In adults, many of the manifestations of mitochondrial diseases cannot be distinguished from the neurodegenerative processes associated with old age. A single mutation or mutations within the same gene can result in a broad range of disorders. Conversely, clinically similar, monogenic disorders may be caused by genes which are governing entirely different cellular pathways. This study investigated the genetic etiology underlying certain symptoms which are characteristic for mitochondrial syndromes, or mimics of the mitochondrial ones. In the first project, we presented the contribution of genetic variation in the Wolfram Syndrome 1 gene to the risk of diabetes mellitus and sensorineural hearing impairment. We also estimated the frequency of a rare pathogenic variation in WFS1. The second project detected a link between the complex phenotype of age-related hearing impairment and the WFS1 gene. Monogenic forms of ARHI are extremely rare and we succeeded in recognizing one Mendelian form of the trait. The third project confirmed the Mitofusin 2 gene causality in the outlier phenotype of Charcot-Marie-Tooth disease. The fourth project described a Finnish family with two affected siblings with adult-onset ataxia, diabetes mellitus, and hypergonadotropic hypogonadism. The found novel mutation in mtDNA, m.8561C>G, was located in the overlapping region of two mitochondrial genes and resulted in an impaired assembly and dysfunctional energy production of mitochondrial ATP synthase. This thesis expands our knowledge about complex neurological phenotypes and identifies not only some causative genes but also outlier phenotypes, which should be noted in clinical practice. / Tiivistelmä Perintötekijät mitokondriaalisten ja niiden kaltaisten tautien taustalla ovat vaikeasti tunnistettavissa. Tautien kirjo on valtava, ja niihin johtavat biokemialliset syyt ovat moninaisia. Aikuisten mitokondriotaudit voivat jäädä diagnosoimatta, koska oireet voivat peittyä vanhenemiseen liittyviin neurodegeneratiivisiin prosesseihin. Sama mutaatio tai eri mutaatiot samassa geenissä voivat johtaa kliinisesti täysin erilaisiin ilmiasuihin. Toisaalta, kliinisesti samankaltaiset taudit voivat olla geneettisesti ja solubiologiallisesti kirjavia. Tässä tutkimuksessa selvitetään geneettistä etiologiaa tiettyjen mitokondriaalisille ja niiden kaltaisille taudeille tyypillisten oireiden taustalla. Ensimmäisessä osajulkaisussa tunnistetaan geneettisiä riskivariantteja Wolfram Syndrome 1 -geenissä diabeteksen ja kuulonaleneman taustalta. Lisäksi tutkimuksessa estimoidaan harvinaisen tautia aiheuttavan variaation määrää kyseisessä geenissä. Toinen projekti esittelee suomalaisen perheen, jossa myöhään alkaneen kuulonaleneman, ikäkuulon, geneettinen syy paljastuu WFS1-geenistä, jota ei aiemmin ole liitetty kyseiseen ilmiasuun. Yhden geenin aiheuttamat ikäkuulotapaukset ovat todella harvinaisia, koska ikäkuulo on monimutkainen kokonaisuus, johon ympäristötekijöillä on suuri vaikutus. Kolmas osajulkaisu kuvaa potilastapauksia, joiden ilmiasu on epätyypillinen Charcot-Marie-Toothin neuropatia. Tautigeeni on tunnettu Mitofusin 2, mutta sen aiheuttaman taudinkuvat ovat yleensä vakavampia ja varhain alkaneita. Viimeinen osajulkaisu kuvaa suomalaisen perheen, jonka kahden oireisen sisaruksen taustalta löytyy mitokondriaalisen DNA:n uusi mutaatio, joka sijaitsee kahden geenin alueella muuttaen niiden molempien lopputuotetta. Mutaation, m.8561C>G, osoitetaan vaikuttavan mitokondriaalisen ATP-syntaasin rakentumiseen ja energiatuotantoon. Tämä väitöskirja laajentaa geneettistä tietoisuutta neurologisten tautien taustalla ja esittelee uusia geneettisiä syitä ja ilmiasuja, jotka tulisi huomioida kliinisessä työssä terveydenhuollossa.

In Europa leiden etwa 120 Millionen aller 18- bis 80-jährigen an einer Hörbehinderung (16% Prävalenz). Die altersassoziierte Innenohrschwerhörigkeit (Age related hearing impairment, ARHI) hat damit Anschluss gefunden an die großen Volkskrankheiten: Ischämische Herzerkrankungen (5,9 %), Demenz (5,8 %), Diabetes mellitus und Cerebralen Erkrankungen (je 5,5 %). Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Theorie des Hörens und seinen Störungen, der cochleären Durchblutung, den metabolischen Risikofaktoren, der Molekularbiologie und Epigenetik des Innenohres. Obwohl in der Literatur weitgehend Konsens über den Einfluss exogener Faktoren auf ARHI herrscht, wie Diabetes mellitus, Herz-Kreislauferkrankungen (Framingham Studie und CVD), Hypertonie, Rauchen, Body mass index (BMI) und genderspezifische hormonelle Einflüsse, gibt es kaum HNO-ärztliche Studien dazu. Der zweite Teil geht in einer Praxis-Fallstudie an 202 Patienten folgenden Fragen nach: 1. Gibt es zwischen metabolischen Erkrankungen, wie Adipositas, Störungen des Fett- und Glucosestoffwechsels, der Hypertonie und der Zunahme von Innenohrschwerhörigkeiten im Erwachsenenalter klinische Zusammenhänge? 2. Könnte eine erste Ohrsymptomatik Prädikator einer okkulten pathologischen Stoffwechselveränderung sein? 3. Gibt es Möglichkeiten einer Prävention? Im Ergebnis zeigten sich bei Patienten mit ARHI im Verhältnis Männer/Frauen: Störung des Glukosestoffwechsels bei 97 %/84 %, Lipidstoffwechselstörungen bei 76 %/85 %, eine Homocysteinämien bei 70 %/62 %, ein Anstieg des Plasminogen-Aktivator-Inhibitors (PAI) bei 65 %/38 % und eine Harnsäureerhöhung bei 48 %/15 %. Auch bei ersten Ohrsymptomen (Ohrdruck, Tinnitus, einzelne Frequenzsenken) fanden sich in jedem einzelnen Fall metabolische Veränderungen, die entweder allein oder in unterschiedlichen Kombinationen vorlagen. Männern mit metabolisch initiierten KHK-Erkrankung haben als Prädikator häufig eine erektile Dysfunktion. Erste auditorische Symptomen könnten Prädikator okkulter metabolischer Störungen bei Männern und Frauen sein. Anamnestisch unklare Innenohrprobleme sollten daher auf Stoffwechselstörungen untersucht werden, da diese Risikofaktoren darstellen, die leitlinienbasiert zu therapieren sind. Eine Prognose ist in keinem Einzelfall möglich, da die Folgen auf die molekularbiologischen Prozesse im Innenohres individuell nicht erkennbar sind. Doch sahen wir bei einigen Patienten deutliche Verbesserungen der Symptome und einen Hörschwellenanstieg. Andere Patienten zeigten innerhalb des Beobachtungszeitraums keine Änderung der audiogenen Symptomatik. Behandlungen über einen längeren Zeitraum an einer größeren Fallzahl wären daher sinnvoll. Die Ergebnisse könnten als erste sekundärpräventive Behandlung betrachtet werden, die im Einzelfall eine Hörgeräteversorgung entbehrlich machte. Sie stellen einen Beitrag zu Pfisters Empfehlung dar, mit den vorhandenen Erkenntnissen exogener Risikomechanismen, dringend neue therapeutische Präventionsstrategien für die HNO-ärztliche Tätigkeit zu entwickeln, die die neurale und molekulare Basis anstelle der Symptome der Erkrankung fokussieren.