Trotz der ursprünglichen Bezeichnung der Acne inversa als "hidrosadénite phlegmoneuse", die eine inflammatorische Fehlfunktion der apokrinen Schweißdrüsen impliziert, geriet die Rolle der Schweißdrüsen hinsichtlich der Pathogenese der AI in Vergessenheit. Ziel dieser Studie war die Evaluierung der Rolle der Schweißdrüsen im Hinblick auf die für die AI charakteristischen proinflammatorischen Mediatoren. Zu diesem Zweck wurden gravimetrische Schweißmessungen, Multiplex-Zytokin-Assays von Schweißproben, sowie immunfluoreszenzoptische Zytokin-/Chemokin-Untersuchungen von läsionaler AI-Haut durchgeführt. Die gravimetrische Untersuchung von 17 AI-Patienten zeigte, dass AI nicht mit Hyperhidrose assoziiert ist. Allerdings scheinen sich AI-Patienten durch ihr Schwitzen im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe subjektiv stärker beeinträchtigt zu fühlen. Unsere Daten zeigen eine komplexe proinflammatorische Signatur im AI-Schweiß, die durch eine signifikant erhöhte Konzentration von Monozyten-Chemoattraktant-Protein-1 (MCP-1), Interleukin-8 (CXCL8) und Interferon-γ gekennzeichnet ist. Passend dazu konnten wir eine erhöhte Expression dieser Mediatoren in apokrinen Schweißdrüsen läsionaler AI-Haut nachweisen. Diese Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die proinflammatorische Kapazität apokriner Schweißdrüsen bei AI, was zu einem Überdenken der Rolle der Schweißdrüsen im Hinblick auf die Pathogenese der AI führen kann. / The role of sweat glands in hidradenitis suppurativa has been largely neglected, despite the fact that its original designation, as “hidrosadénite phlegmoneuse”, implied an inflammatory malfunction of the apocrine sweat glands as the underlying pathogenic driver. The aim of this study was to evaluate the role of apocrine sweat glands with respect to the proinflammatory environment of hidradenitis suppurativa. Therefore, gravimetric assessment and multiplex cytokine assays from sweat obtained from patients with hidradenitis suppurativa along with immunofluorescence cytokine/chemokine analysis of lesional apocrine glands-bearing hidradenitis suppurativa skin were performed. Gravimetric assessment of 17 patients with hidradenitis suppurativa revealed that the condition is not associated with hyperhidrosis. However, patients seem to be more affected by subjective sweating. The current data identified a complex proinflammatory signature in hidradenitis suppurativa sweat characterized by a significant upregulation of monocyte chemoattractant protein-1, interleukin-8 (CXCL8), and interferon-γ. In agreement with this, a strong in situ expression of these mediators could be observed in apocrine glands of lesional hidradenitis suppurativa skin. These data shed new light on the proinflammatory capacity of apocrine sweat glands in hidradenitis suppurativa, which may lead to reconsideration of the role of sweat glands in hidradenitis suppurativa pathology.

M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte Stoffwechselerkrankung. Die Mutation im α-Galactosidase A Gen führt zur reduzierten Aktivität des Enzyms und zur Akkumulation der Stoffwechselprodukte im gesamten Körper. Von der daraus resultierenden Multiorganerkrankung sind sowohl Männer, als auch Frauen betroffen. Als Grund hierfür steht eine verschobene X-Inaktivierung zur Diskussion. In der vorliegenden Arbeit wurden 104 Frauen rekrutiert und die X-Inaktivierungsmuster in Mundschleimhautepithel, Blut und Hautfibroblasten untersucht. Es wurden umfangreiche klinische und laborchemische Untersuchungen durchgeführt, sodass von jeder Patientin ein klinischer Phänotyp vorlag, der mit Hilfe eines numerischen Scores klassifiziert wurde. Es zeigte sich, dass Blut ein leicht zu asservierendes Biomaterial mit einer hohen Prävalenz an verschobenen X-Inaktivierungsmustern darstellt. Eine signifikante Korrelation mit dem klinischen Phänotyp konnte in keinem der drei untersuchten Gewebe nachgewiesen werden. / Fabry disease is a X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in the α-galactosidase A gene, which leads to deficient activity of the enzyme. The resulting multisystem disease affects men as well as women. As a reason therefor the X-inactivation is discussed. This study recruited 104 women and investigated in X-inactivation patterns from mouth epithelial cells, blood and skin fibroblasts. A clinical and laboratory examination of each women was carried out, so that the clinical phenotype of the women was classified with a numeric score. It was shown that blood is an easy available biomaterial with a high prevalence of skewing in X-inactivation patterns. However no significant correlation was found between X-inactivation patterns and the clinical phenotype in all three investigated biomaterials.

In der Dissertation wurden die Daten von 645 Kindern und Jugendlichen in Deutschland mit Pleuraempyemen oder parapneumonischen Ergüssen (PE/PPE) analysiert, welche im Zeitraum von Oktober 2010 bis Juni 2013 in deutschen Kinderkliniken stationär aufgenommen wurden. Schwerpunkte der Arbeit waren die Erfassung und Analyse der vorkommenden Erreger, der Pneumokokkenserotypen und des Pneumokokkenimpfstatus, sowie der antibiotischen Therapie 203 von 645 Kindern und Jugendlichen mit PE/PPE wiesen einen positiven Erregernachweis in der Blutkultur, der Pleurapunktatkultur und/oder der Pleurapunktat-PCR auf. Der häufigste vorkommende Erreger war mit 55% S. pneumoniae. S. pyogenes stellte mit 15% den zweithäufigsten Erreger dar. S. epidermidis machte 4% und S. aureus 3% der nachgewiesenen Erreger aus. Bei allen drei Nachweismethoden (Blutkultur, Pleurapunktatkultur und Pleurapunktat-PCR) war einzeln betrachtet S. pneumoniae jeweils der häufigste nachgewiesene Erreger. Beim Vergleich von Patienten mit positivem Erregernachweis in Blutkultur, Pleurapunktatkultur oder Pleurapunktat-PCR mit Patienten ohne Erregernachweis, zeigten die Patienten mit positivem Erregernachweis eine längere Krankenhausaufenthaltsdauer (19 vs. 16 Tagen im Median, p-value <0,001), eine höhere Komplikationsrate (80% vs. 57%, p-value <0,001)) sowie eine häufigere Eröffnung des Pleuraraumes (94% vs. 71%, p-value<0,001). Es kam bei Patienten mit positivem Erregernachweis ebenso häufiger zu einer Intensivpflichtigkeit (74% vs. 51%, p-value<0,001), sowie zu gesicherten oder möglichen Krankheitsfolgen (25% vs. 15%, p-value 0,004). Vergleicht man, bei Patienten mit positivem Erregernachweis, die unterschiedlichen Erreger (S. pneumoniae, S. pyogenes, S. epidermidis, S. aureus, „andere Erreger“) hinsichtlich der klinischen Charakteristika, so zeigen sich keine wesentlichen Unterschiede bezüglich des klinischen Verlaufes, sowie der Akut- und Langzeit-Komplikationen. Die Serotypen des am häufigsten aufgetretenen Erregers S. pneumoniae wurden molekularbiologisch identifiziert. Insgesamt konnte bei 36% der Patienten mit S. pneumoniae der Pneumokokkenserotyp nachgewiesen werden. Der häufigste Serotyp war Serotyp 1, der zweithäufigste Serotyp 3. Diese beiden Serotypen sind nicht im Pneumokokken-Konjugatimpfstoff PCV-7, jedoch im Pneumokokken-Konjugatimpfstoff PCV-13 enthalten. Es wurde nur ein Serotyp (35F) nachgewiesen, welcher in keinem der derzeit zugelassenen polyvalenten Konjugatimpfstoffen enthalten ist. Bei der Betrachtung des Pneumokokkenimpfstatus der Kinder und Jugendlichen mit PE/PPE zeigte sich, dass 60% der Patienten (294 von 490 Patienten mit bekanntem Pneumokokkenimpfstatus) mit mindestens einer Dosis Pneumokokkenimpfstoff geimpft worden waren. Der am häufigsten verwendete Impfstoff war der Pneumokokken-Konjugatimpfstoff PCV-7, der zweithäufigste der Pneumokokken-Konjugatimpfstoff PCV-13. Bei 6 der geimpften Patienten wurde ein Pneumokokkenserotyp nachgewiesen, welcher in dem mindestens einmal geimpften Pneumokokkenimpfstoff enthalten war. Dabei wurde bei 2 von den 6 Patienten mit Durchbruchsinfektion der Serotyp 3 nachgewiesen. Die verwendeten Antibiotika bei den Kindern und Jugendlichen mit PE/PPE wurden genauer analysiert. 35% der Patienten erhielten eine vorstationäre Antibiotikatherapie. Am häufigsten wurden dabei Cephalosporine eingesetzt. Patienten, welche vorstationär Antibiotika erhalten haben, hatten eine kürzere Krankenhausaufenthaltsdauer (16 vs. 18 Tage im Median, p-value 0,026), eine geringere Wahrscheinlichkeit für eine Intensivpflichtigkeit (51% vs. 62%, p-value 0,009), jedoch eine längere Dauer der vorstationären Erkrankung (7 vs. 4 Tage im Median, p-value <0,001) bei jeweils gleicher Gesamtdauer des Pleuraergusses (14 Tage im Median). Außerdem war die Nachweiswahrscheinlichkeit eines Erregers in Blutkultur, Pleurapunktatkultur und/oder Pleurapunktat-PCR bei Patienten mit vorstationärer Antibiotikagabe geringer (26% vs. 35%, p-value 0,024) und es gab Unterschiede in der Erregerverteilung zwischen Patienten mit und ohne vorstationärer Antibiotikagabe. So machte S. pneumoniae bei Patienten mit vorstationärer Antibiotikagabe 41% der Erreger aus, bei Patienten ohne vorstationäre Antibiotikagabe 61%. Bei Patienten mit vorstationärer Antibiotikagabe zeigte sich dafür ein höherer Anteil von 37% der Gruppe der „anderen Erreger“ (welche nicht zu den vier häufigsten Erregern S. pneumoniae, S. pyogenes, S. epidermidis und S. aureus gehören), als bei Patienten ohne vorstationäre Antibiotikatherapie. Bei Patienten ohne vorstationäre Antibiotikagabe machten die „anderen Erreger“ lediglich 16% der Erreger aus. Stationär erhielten 99% der Patienten eine intravenöse Therapie und 45% der Patienten orale Antibiotika. Am häufigsten wurden intravenös Cephalosporine der 2. Generation, wie beispielsweise Cefuroxim, verabreicht. Oral wurden stationär am häufigsten Makrolide, zum Beispiel Erythromycin oder Clarithromycin, eingesetzt. Der relativ häufige Einsatz von Makroliden (59% der stationär eingesetzten oralen Antibiotika sowie 26% der vorstationären Antibiotika) ist bei nicht optimaler Wirksamkeit und hoher Resistenzrate von S. pneumoniae gegenüber Makroliden bei Kindern (Imöhl et al. 2010) kritisch zu betrachten. Bei parapneumonischen Ergüssen, bzw. Pleuraempyemen, handelt es sich um eine schwere Erkrankung im Kindes- und Jugendalter, deren häufigster Erreger S. pneumoniae ist. Die zwischen Oktober 2010 und Juni 2013 gefundenen Pneumokokkenserotypen waren größtenteils nicht in dem, zwischen 2006 und 2009 überwiegend verwendeten, 7-valenten Pneumokokkenkonjugatimpfstoff enthalten, während Pneumokokkenserotypen, welche im seit 2009 überwiegend verwendeten 13-valenten Pneumokokkenkonjugatimpfstoff enthalten sind, vorherrschten. Damit besteht aktuell eine gute Möglichkeit der Impfprävention gegenüber dieser schweren Komplikation der ambulant erworbenen Pneumonie. Die Wirksamkeit gegenüber dem prinzipiell durch den 13-valenten Impfstoff erfassten Pneumokokken-Serotyp 3, bei dem in der vorliegenden Erhebung 2 Durchbruchsinfektionen beobachtet wurden, erscheint jedoch möglicherweise als nicht ausreichend. In dem hier betrachteten Zeitraum von Oktober 2010 bis Juni 2013 kam es nicht zu einer Zunahme der Krankenhausaufnahmen aufgrund von PE/PPE bei Kindern und Jugendlichen. Dies steht im Gegensatz zu Studien aus anderen Ländern, welche auf einen Anstieg der Pleuraempyeminzidenz bei Kindern hinweisen (Hendrickson et al. 2008; Byington et al. 2006; Sakran et al. 2014). Eine weitere Surveillance der Inzidenz und verursachenden Erreger von parapneumonischen Ergüssen und Pleuraempyemen im Kindesalter ist daher, insbesondere bezüglich eines möglichen Serotypenreplacements oder einer Erregerverschiebung, notwendig und damit auch für die Impfprävention von hoher Bedeutung. / 645 children and youth with pleural empyema or parapneumonic effusion in Germany were included. Pathogens and antibiotic therapie were analysed. The most common pathogen was S. pneumoniae. The most common pneumococcal serotype was serotype 1.

In dieser Studie wurden 108 Patienten mit PNP, 60 Patienten mit M. Fabry und 58 gesunde Kontrollpersonen mittels PREP auf eine small fiber-Pathologie untersucht. Zudem erfolgte eine PREP-Untersuchung bei 5 gesunden Probanden und 3 Patienten nach Anwendung von lokalem Capsaicin. Zur Charakterisierung der small fibers erfolgten zudem Anamnese, klinische Untersuchung, die Fragebögen NPSI, GCPS und ADS, QST und eine Hautbiopsie. In der Gruppe der Patienten mit PNP waren sowohl Patienten mit LFN, MFN und SFN unterschiedlicher Ätiologie vertreten. Patienten mit einer MFN und Patienten mit einer zu einer Mitbeteiligung der small fibers passenden Anamnese (MFN und SFN) wiesen eine verlängerte N1-Latenz nach Stimulation am Fuß auf. Bei einer reduzierten IENFD in der proximalen Hautbiopsie zeigte sich die PPA nach Stimulation im Gesicht reduziert, beide Werte korrelierten positiv miteinander. Bei Patienten mit einer demyelinisierenden PNP war die N1-Latenz nach Stimulation an der Hand verlängert, zudem war bei Patienten mit CIDP die PPA nach Stimulation an Gesicht und Hand reduziert. M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, welche mit einer SFN einhergehen kann. Weibliche Patienten mit M. Fabry und einer subjektiven Hypohidrose als klinische Präsentation einer small fiber Pathologie wiesen eine reduzierte PPA nach Stimulation an Gesicht, Hand und Fuß auf. Über die gesamte Patientengruppe hinweg zeigte sich eine negative Korrelation der PPA nach Stimulation am Fuß mit der klinischen Schmerzpräsentation im NPSI (Summenscore, Subscores evozierte Schmerzen und Schmerzattacken), sowie bei weiblichen Patienten mit der CDT, WDT und TSL in der QST als Marker für die small fiber Funktion. Patienten mit einer längenunabhängigen Reduktion der IENFD wiesen eine niedrigere PPA nach Stimulation am Fuß auf. Ein nicht-auswertbares PREP-Potential spricht nach Ausschluss messtechnischer Artefakte für eine fortgeschrittene Nervenfaserschädigung. Probanden und Patienten zeigten nach Applikation von topischem Capsaicin eine Reduktion der PPA. PREP ist eine einfache, komplikationslos durchzuführende und objektive Methode zur Untersuchung der small fibers. Sie stellt eine sinnvolle Ergänzung zu den bereits etablierten Methoden QST und Hautbiopsie dar und bietet insbesondere für die Evaluation von Medikamenteneffekten wie z.B. von topischem Capsaicin eine vielversprechende Untersuchungsmöglichkeit. / In this study, 108 patients with polyneuropathy, 60 patients with M. Fabry and 58 healthy controls underwent PREP for diagnoses of small fiber pathology. Furthermore, PREP was performed on 5 healthy controls and 3 patients after treatment with local Capsaicin. For characterization of small fibers, anamnesis, clinical examination, NPSI, GCPS, ADS, QST and skin biopsy were performed. In patients with polyneuropathy, patients with LFN, MFN and SFN of different etiology were included. Patients with MFN and patients with clinical symptoms of small fiber pathology had prolonged N1-latency after stimulation at the foot. In case of a reduced IENFD in the proximal skin biopsy, PPA after stimulation at the face was reduced, both parameters correlated. In patients with demyelinating polyneuropathy, N1-latency after stimulation at the hand was prolonged, and in patients with CIDP PPA after stimulation at face and hand was reduced. M. Fabry is an x-chromosomal inherited lysosomal storage disorder, which can induce SFN. Female patients with M. Fabry and subjective hypohidrosis as clinical presentation of small fiber pathology had a reduced PPA after stimulation at face, hand, and foot. Regarding all patients, PPA after stimulation at the foot did show a correlation to clinical symptoms in NPSI (sumscore and subscores for evoked pain and pain attacks), and in female patients with CDT, WDT, and TSL in QST as parameters of small fiber function. Patients with a non-length-dependent reduction of IENFD did show a reduced amplitude after stimulation at the foot. A non-evaluable PREP-potential gives hint on advanced nerve fiber damage after exclusion of examination errors. Patients and controls show a reduction of PPA after application of topical Capsaicin. PREP is an easy, complicationfree and objective method for examination of small fibers. It is a useful additional method alongside established methods, like QST and skin biopsy, and does provide promising possibilities, especially for examination of medication effects, like topical capsaicin.

Muskeln und Nerven bilden eine essentielle funktionelle Einheit für den Bewegungsapparat. Neuromuskuläre Erkrankungen lassen sich unterteilen in Krankheiten, denen ein muskuläres Problem zu Grunde liegt, wie zum Beispiel Muskeldystrophien (Muskeldystrophie Duchenne, DMD) und Myopathien (Myofibrilläre Myopathie, MFM), und in Erkrankungen aufgrund von Nervenschädigungen, wie zum Beispiel Neuropathien und spastische Paraplegien (SPG). In den vier Teilen der vorliegenden Arbeit konnte sowohl das genetische wie auch das phänotypische Spektrum von neuromuskulären Krankheiten erweitert werden. Die dafür verwendeten Methoden reichen von der Sanger-Sequenzierung einzelner Gene über Next-Generation Sequencing (NGS)-Panel-Diagnostik, zu Whole Exome Sequencing (WES) und schließlich zu Whole Genome Sequencing (WGS). Zusätzlich wurde cDNA zur Detektion von Veränderungen im Transkriptom sequenziert. Im ersten Teil wurde der klinische Phänotyp der Seipinopathien erweitert, der jetzt auch amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und multifokale motorische Neuropathie (MMN) beinhaltet. Dafür wurde eine Panel-Analyse durchgeführt, die eine bekannte Mutation in BSCL2 aufdeckte. Aufgrund des hiermit erweiterten Phänotyps der Seipinopathien sollten Mutationen in BSCL2 auch bei anderen Verdachtsdiagnosen, wie ALS oder MMN, berücksichtigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass in der Diagnostik SPGs und Charcot-Marie-Tooth Erkrankungen (CMTs) eine Überlappung zeigen und bei der Diagnose von Verdachtsfällen Gene aus beiden Krankheitsbereichen berücksichtigt werden sollten. Die Suche mit Hilfe eines Phänotyp-Filters hat sich dabei als erfolgreich erwiesen. Ungelöste Fälle sollten aber in regelmäßigen Abständen neu analysiert werden, da immer neue Gene mit den Phänotypen assoziiert werden. Der zweite Teil befasst sich mit der Untersuchung von DMD-Patienten mit bisher ungeklärtem Genotyp. Durch eine RNA-Analyse des gesamten DMD-Transkripts wurden tief-intronische Mutationen aufgedeckt, die Einfluss auf das Spleißen haben. Durch diese Mutationen wurden intronische Sequenzen als Pseudoexons in die mRNA eingefügt. Diese Mutationsart scheint häufig unter ungeklärten DMD-Fällen zu sein, in unserer Kohorte von 5 DMD-Patienten wurden in zwei Fällen Pseudoexons entdeckt. Eine Besonderheit besteht darin, dass in der RNA-Analyse immer noch ein Rest Wildtyp-Transkript vorhanden war, wodurch die Patienten vermutlich einen milderen Becker-Phänotyp aufweisen. Ein weiterer ungeklärter DMD-Fall konnte durch die Sequenzierung der gesamten genomischen Sequenz aufgeklärt werden. Es wurde eine perizentrische Inversion entdeckt (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3). Dies zeigt, dass WGS auch zur Detektion von großen Strukturvariationen geeignet ist. Im dritten Teil wurden Spleißmutationen untersucht. Spleißmutationen wurden bisher nicht in TMEM5-assoziierter alpha-Dystroglykanopathie beschrieben und somit als neue Mutationsart für diese Erkrankung nachgewiesen. Dabei wurde auch die funktionelle Exostosin-Domäne in TMEM5 bestätigt. Eine RNA-Untersuchung verschiedener Spleißmutationen zeigte, dass Spleißmutationen häufig zu einem veränderten Transkript führen, auch wenn diese Mutationen weiter von der Konsensussequenz entfernt sind. Spleißmutation sollten daher häufiger in der Diagnostik berücksichtig und überprüft werden. Im letzten Teil wurde eine strukturierte Diagnostik von MFM-Patienten beschrieben und neue Kandidaten-Gene für MFM vorgestellt. Es ist zu vermuten, dass auch Mutationen in Genen, die bisher für Kardiomyopathien, Kollagen Typ VI-Myopathien und Neuropathien beschrieben sind, einen MFM-Phänotyp verursachen können. Diese Ergebnisse erweitern das genetische Spektrum der MFM, was sich auf die Diagnostik dieser Erkrankungen auswirken sollte. Im Laufe dieser Arbeit konnten damit die neuromuskulären Erkrankungen vieler Patienten genetisch geklärt werden. Neue Phänotypen und genetische Ursachen wurden beschrieben und es wurde gezeigt, dass sich WGS technisch für die Diagnostik, auch zur Detektion von großen Strukturvarianten, eignet. / Muscles and nerves form an essential functional unit for the locomotor system. Neuromuscular disorders are divided in diseases that have a muscular origin, such as muscular dystrophies (Duchenne muscular dystrophy, DMD) and myopathies (myofibrillar myopathies, MFM) and diseases based on neuron denervation, for instance neuropathies and spastic paraplegias (SPG). The four parts of the present work expand the genetic and phenotypic spectrum of neuromuscular disorders. The used methods range from Sanger sequencing of single genes to panel next-generation sequencing (NGS) diagnostics, whole exome sequencing (WES) and finally to whole genome sequencing (WGS). Additionally, cDNA was sequenced to detect transcriptome changes. In the first part, the clinical phenotype of seipinopathies has been expanded to include amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and multifocal motor neuropathy (MMN). An NGS panel was sequenced in three patients suffering from ALS, MMN and neuropathy. A known mutation in BSCL2 was detected which expands the phenotype of seipinopathies. Therefore, mutations in BSCL2 should be considered in patients with diagnosis such as ALS and MMN. Moreover, it was demonstrated that SPGs and Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) show a genetic overlap and genes of both diseases should be considered in genetic analysis. The use of a phenotype filter for variant analysis was successful. However, unsolved cases should be re-analysed in intervals, as new genes are frequently connected to phenotypes. The second part concerns DMD patients with unresolved genotype. RNA-analysis of the whole DMD transcripts revealed deep-intronic variants that influence splicing and insert intronic sequences as pseudoexons in the mRNA. This kind of mutation appears to be common, as two of our five analysed patients had pseudoexons. What is particular about these cases is the fact that a rest of wild type DMD transcript remained, which possibly contributes to a milder Becker phenotype in the patients. In another unsolved DMD case WGS was performed and a pericentric inversion including DMD was discovered (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3), which demonstrates that WGS is capable of detecting large structural anomalies. In the third part splice mutations were analysed. Splice mutations were unknown for TMEM5-related alpha-dystroglycanopathy and are now a new kind of mutation in this disease. At the same time the functional exostosin domain in TMEM5 was confirmed. RNA analysis of further splice mutations showed a frequent influence on splicing even if the mutation was far from the canonical splice site. Therefore, splice mutations should be verified and considered in diagnostics more often. The last part describes a structured approach when diagnosing MFM patients and introduces new candidate genes for MFM. It appears that mutations in genes formerly associated with cardiomyopathies, collagen type VI-related myopathies and neuropathies can cause an MFM phenotype. These results expand the genetic spectrum of MFM which should be considered in diagnostics. In the course of this dissertation the neuromuscular diseases of many patients could be solved genetically. New phenotypes and genotypes were described and it was proven that WGS is technically suitable for genetic diagnostic, even for the detection of large structural variants.

Zahlreiche humanpathogene bakterielle Erreger können ihre Fähigkeit zur Kolonisation epithelialer Barrieren optimieren, indem sie mit dem Zellzyklus der infizierten Wirtszelle in Wechselwirkung treten und so die Abschilferung und Erneuerung des Epithels verzögern. Die hierbei wirksamen bakteriellen Effektoren sind als „Cyclomoduline“ bekannt und gelten als neue Klasse bakterieller Pathogenitätsfaktoren. Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war es zu untersuchen, ob durch die Infektion menschlicher pharyngealer Epithelzellen mit N. meningitidis der Zellzyklus der Wirtszelle beeinflusst wird. Mit zwei verschiedenen Untersuchungsmethoden konnte übereinstimmend gezeigt werden, dass die Infektion der Epithelzelllinie Detroit 562 mit verschiedenen Meningokokkenisolaten zu einer signifikanten Akkumulation von Epithelzellen in der G1-Phase führte. Dieser Effekt wurde sowohl von pathogenen Meningokokkenstämmen als auch von Trägerstämmen ausgelöst, jedoch nur durch Isolate, die fähig zur Adhärenz und zur Invasion in die Epithelzelle waren. Durch Hitzebehandlung der Bakterien konnte der Zellzyklusarrest vollständig aufgehoben werden. Ebenso konnte der Effekt durch Inkubation der Epithelzellen mit bakteriellen Kulturüberständen und durch Infektion der Zellen mit E. coli-Stämmen, welche die Meningokokkenadhäsine Opa und Opc überexprimieren, nicht ausgelöst werden. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass die Infektion mit N. meningitidis in der Zielzelle zu einer signifikant gesteigerten Expression des CDK-Inhibitors p21WAF1/Cip1 führte, begleitet von einer vermehrten Lokalisation im Zellkern. Auch zeigte sich eine veränderte Proteinexpression der für die G1-Phase relevanten Cycline D und E. Diese scheint sich erst posttranslational zu ereignen, da die unterschiedliche Expression auf mRNA-Ebene nicht festgestellt werden konnte. Zusammenfassend konnte dargestellt werden, dass die Infektion von Pharynxepithelzellen mit lebenden, zur Adhärenz und Invasion fähigen Meningokokkenstämmen in der menschlichen Zielzelle einen Zellzyklusarrest in der G1-Phase verursacht, vermutlich durch veränderte Expression der Zellzyklusregulatoren p21WAF1/Cip1, Cyclin D und Cyclin E. Möglicherweise stellt die Induktion dieses Zellzyklusarrestes einen wichtigen Schritt in der Pathogenese der bakteriellen Kolonisation des oberen Atemwegsepithels durch N. meningitidis dar. / Several microbial pathogens have developed mechanisms to modulate host cell cycle progression in order to improve bacterial colonization of epithelial barriers. The required bacterial effectors were summarized as “cyclomodulins” and have been proposed to be a new class of virulence factors. The objective of this doctoral research study was to analyze the capability of N. meningitidis to interfere with the cell cycle progression in human pharyngeal epithelial cells. Using two different methods for cell cycle analysis, we show that infection of the human pharyngeal epithelial cell line Detroit 562 with different meningococcal isolates induces an arrest of epithelial host cells in the G1 phase. This effect was caused by infection with both pathogenic isolates and carriage isolates, but only by strains able to adhere to and to invade into the host cells. Heat-inactivation of the bacteria prior to infection completely prevented the cell cycle arrest. Moreover treatment of epithelial cells with bacterial supernatants, as well as infection with E. coli strains expressing neisserial adhesins Opa and Opc did not induce the cell cycle arrest. We further demonstrate that infection of Detroit 562 cells with N. meningitidis leads to a significantly increased expression of the CDK-inhibitor p21WAF1/Cip1 in the host cell, as well as its increased nuclear localization. The protein expression of cyclin D and E, which are relevant for progression through the G1 phase, were altered by bacterial infection, too. This effect is most likely induced by posttranslational modification, since bacterial infection did not affect Cyclin D and E mRNA levels. In conclusion, we demonstrate that infection of human pharyngeal epithelial cells with different isolates of N. meningitidis arrests the host cells at the G1 phase, most likely by affecting the expression of the cell cycle regulators p21WAF1/Cip1, cyclin D and Cyclin E. Potentially, induction this cell cycle arrest is an important step in the pathogenesis of meningococcal colonization and further infection.

Mutationen im Glycintransporter 2 (GlyT2) stellen die präsynaptische Komponente der neurologischen Erkrankung Hyperekplexie oder Startle Disease dar. Der neuronale Na+/Cl- -abhängige GlyT2 ist für das Recycling von Glycin verantwortlich und bildet an inhibitorischen glycinergen Synapsen die Hauptquelle des freigesetzten Transmitters. Dominante, rezessive und zusammengesetzte heterozygote Mutationen wurden bereits identifiziert, von denen die meisten zu einer beeinträchtigten Glycinaufnahme führen. In dieser Arbeit konnten wir eine neue pathogene Mutation innerhalb des neuronalen Glycintransporter-2-Gens (SLC6A5, OMIM604159) in einer Familie identifizieren, in der beide Elternteile heterozygote Träger waren. Ein homozygotes Kind litt an schweren neuromotorischen Defiziten, wohingegen Heterozygote keine Symptome aufwiesen. Die neue rezessive Mutation c.1286C>T erzeugte einen missense Aminosäureaustausch von Prolin gegen Leucin an Position 429 (pP429L) in der Transmembrandomäne 5. Wir haben die GlyT2P429L-Variante mittels Homologiemodellierung, immuncytochemischer Färbungen, Western Blot Analysen, Biotinylierung und funktioneller Glycinaufnahmetests charakterisiert. Der mutierte GlyT2 zeigte beim Proteintransport durch verschiedene intrazelluläre Kompartimente zur Zelloberfläche keine Defizite. Die gesamte Proteinexpression war jedoch signifikant verringert. Obwohl GlyT2P429L an der Zelloberfläche vorhanden ist, zeigte er einen Verlust der Proteinfunktion. Die Co-Expression der Mutante mit dem Wildtyp-Protein, die die Situation der Eltern widerspiegelte, hatte keinen Einfluss auf die Transporterfunktion und erklärte somit ihren nicht symptomatischen Phänotyp. Wenn jedoch die Mutante im Vergleich zum Wildtyp-Protein im Überschuss exprimiert wurde, war die Glycinaufnahme signifikant verringert. Die Strukturanalyse ergab, dass der eingeführte Leucinrest an Position 429 zu Konformationsänderungen in der α-Helix 5 führt, die in unmittelbarer Nähe zur Natriumbindungsstelle des Transporters lokalisiert sind. Dies deutet darauf hin, dass die Zugangsmechanismen des GlyT2 gestört sein könnten und einen vollständigen Verlust der Transportaktivität verursachen. Unsere Ergebnisse belegen, dass P429 in GlyT2 ein strukturell wichtiger Aminosäurerest ist, der eine wichtige funktionelle Rolle beim Glycintransport spielt. / Glycine transporter 2 (GlyT2) mutations represent the presynaptic component of the neurological disease hyperekplexia or startle disease. The neuronal Na+/Cl- -dependent GlyT2 is responsible for glycine recycling and establishes the main source of releasable transmitter at inhibitory glycinergic synapses. In humans, dominant, recessive and compound heterozygous mutations have been identified, most of them leading to impaired glycine uptake. In this study, we identified a novel pathogenic mutation within the neuronal GlyT2 gene (SLC6A5, OMIM604159) in a family with both parents being heterozygous carriers. A homozygous child suffered from severe neuromotor deficits, whereas heterozygous individuals did not reveal any symptoms. The novel recessive mutation c.1286C>T generated a missense amino acid exchange of proline to leucine at position 429 (pP429L) in transmembrane domain 5 of the protein. We characterized the GlyT2P429L variant using homology modeling, immunocytochemical stainings, Western blot analysis, biotinylation, and functional glycine uptake assays. The mutated GlyT2 revealed no deficits in protein trafficking through various intracellular compartments to cellular surface. However, the whole cell protein expression was significantly decreased. Although present at cellular surface, GlyT2P429L showed a loss of protein function. Co-expression of the mutant with the wild-type protein, reflecting the situation in the parents, did not affect transporter function, thus explaining their non-symptomatic phenotype. Nevertheless, when the mutant was expressed in excess compared with the wild-type protein, glycine uptake was significantly reduced. Structural analysis revealed that the introduced leucine residue at position 429 leads to conformational changes in α-helix 5 which is localized in close proximity to the sodium-binding site of the transporter. The data suggest that the gating mechanism of GlyT2 might be disturbed and causes a complete loss of transport activity. Thus, our results support P429 in GlyT2 as structurally important residue displaying a key functional role in glycine transport.

Der primäre Hyperaldosteronismus ist die häufigste Ursache einer sekundären Hypertonie. Ein Aldosteronüberschuss kann in vitro und in vivo DNA-Schäden verursachen. In einzelnen Fallberichten wurde über eine Koinzidenz des primären Hyperaldosteronismus mit Nierenzellkarzinomen wie auch anderen Tumoren berichtet. Die Prävalenz benigner und maligner Neoplasien bei Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus wurde bislang jedoch noch nicht untersucht. In der multizentrischen MEPHISTO-Studie wurde die Prävalenz von benignen und malignen Tumorerkrankungen bei 338 Patienten mit bestätigtem primärem Hyperaldosteronismus untersucht. Hypertensive Probanden der populationsbasierten SHIP-Studie dienten als gematchte Kontrollgruppe. Bei 120 (35,5%) der 338 Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus war eine Tumorerkrankung diagnostiziert worden, 30 der Patienten hatten zwei oder mehr Neoplasien. Das Auftreten eines Malignoms wurde bei 9,5% der Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus und bei 6,0% der hypertensiven Kontrollgruppe dokumentiert (p=0,08). Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus und einem Malignom in der Vorgeschichte wiesen bei der Diagnose des primären Hyperaldosteronismus höhere Aldosteronspiegel auf (p=0,009). Es konnte zudem ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Höhe des Aldosteronspiegels und der Malignomprävalenz beobachtet werden (p=0,03). Insgesamt wurden unter den Patienten mit primären Hyperaldosteronismus 158 Neoplasien nachgewiesen, die in 62% der Fälle benigne und in 25% der Fälle maligne waren (14% Neoplasien unbekannter Dignität). Ein Nierenzellkarzinom wurde bei 5 Patienten (13% aller malignen Tumore) diagnostiziert, in der hypertensiven Kontrollgruppe trat kein Nierenzellkarzinom auf. Im Vergleich zur hypertensiven Kontrollgruppe wurde bei Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus ein Trend hin zu einer erhöhten Prävalenz von Malignomen beobachtet, der beim Nierenzellkarzinom besonders deutlich ausgeprägt und signifikant mit der Höhe des Aldosteronspiegels assoziiert war. / Primary aldosteronism is the most common cause of secondary hypertension. Aldosterone excess can cause DNA damage in vitro and in vivo. Single case reports have reported a coincidence of primary aldosteronism with renal cell carcinoma and other tumors. However, the prevalence of benign and malignant neoplasms in patients with primary aldosteronism has not yet been studied. In the multicenter MEPHISTO study the prevalence of benign and malignant tumors was investigated in 338 patients with confirmed primary aldosteronism. Matched hypertensive subjects from the population based SHIP cohort served as controls. Of the 338 patients with primary aldosteronism, 120 (35.5%) had been diagnosed with a tumor at any time, 30 had two or more neoplasms. Lifetime malignancy occurence was reported in 9.5% of patients with primary aldosteronism and in 6.0% of hypertensive controls (p=0.08). Patients with primary aldosteronism and a history of malignancy had higher baseline aldosterone levels at diagnosis of primary aldosteronism (p=0.009) and a strong association between aldosterone levels and the prevalence of malignancies was observed (p=0.03). In total, 158 neoplasms were identified in the patients with primary aldosteronism, which were benign in 62% and malignant in 25% of cases (14% of unknown dignity). Renal cell carcinoma (RCC) was diagnosed in 5 patients (13% of all malignancies) and was not reported in controls. Compared to hypertensive controls, in patients with primary aldosteronism a trend towards an increased prevalence for malignancies was observed which was particularly obvious for renal cell carcinoma and significantly associated with baseline aldosterone levels.

Wilms tumor (WT) or nephroblastoma is the most common kidney tumor in childhood. Several genetic alterations have been identified in WT over the past years. However, a clear-cut underlying genetic defect has remained elusive. Growing evidence suggests that miRNA processing genes play a major role in the formation of pediatric tumors, including WT. We and others have identified the microprocessor genes DROSHA and DGCR8 as key players in Wilms tumorigenesis. Exome sequence analysis of a cohort of blastemal-type WTs revealed the recurrent hotspot mutations DROSHA E1147K and DGCR8 E518K mapping to regions important for catalyic activity and RNA-binding. These alterations were expected to affect processing of miRNA precursors, ultimately leading to altered miRNA expression. Indeed, mutated tumor samples were characterized by distinct miRNA patterns. Notably, these mutations have been observed almost exclusively in WT, suggesting that they play a specific role in WT formation. The aim of the present work was to first examine the mutation frequency of DROSHA E1147K and DGCR8 E518K in a larger cohort of WTs, and to further characterize these microprocessor gene mutations as potential oncogenic drivers for WT formation. Screening of additional 700 WT samples by allele-specific PCR revealed a high frequency of DROSHA E1147K and DGCR8 E518K mutations, with the highest incidence found in tumors of high-risk histology. DROSHA E1147K was heterozygously expressed in all cases, which strongly implies a dominant negative effect. In contrast, DGCR8 E518K exclusively exhibited homozygous expression, suggestive for the mutation to act recessive. To functionally assess the mutations of the microprocessor complex in vitro, I generated stable HEK293T cell lines with inducible overexpression of DROSHA E1147K, and stable mouse embryonic stem cell (mESC) lines with inducible overexpression of DGCR8 E518K. To mimic the homozygous expression observed in WT, DGCR8 mESC lines were generated on a DGCR8 knockout background. Inducible overexpression of wild-type or mutant DROSHA in HEK293T cells showed that DROSHA E1147K leads to a global downregulation of miRNA expression. It has previously been shown that the knockout of DGCR8 in mESCs also results in a significant downregulation of canonical miRNAs. Inducible overexpression of wild type DGCR8 rescued this processing defect. DGCR8 E518K on the other hand, only led to a partial rescue. Differentially expressed miRNAs comprised members of the ESC cell cycle (ESCC) and let-7 miRNA families whose antagonism is known to play a pivotal role in the regulation of stem cell properties. Along with altered miRNA expression, DGCR8-E518K mESCs exhibited alterations in target gene expression potentially affecting various biological processes. We could observe decreased proliferation rates, most likely due to reduced cell viability. DGCR8-E518K seemed to be able to overcome the block of G1-S transition and to rescue the cell cycle defect in DGCR8-KO mESCs, albeit not to the full extent like DGCR8-wild-type. Moreover, DGCR8-E518K appeared to be unable to completely block epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). Embryoid bodies (EBs) with the E518K mutation, however, were still able to silence the self-renewal program rescuing the differentiation defect in DGCR8-KO mESCs. Taken together, I could show that DROSHA E1147K and DGCR8 E518K are frequent events in WT with the highest incidence in high-risk tumor entities. Either mutation led to altered miRNA expression in vitro confirming our previous findings in tumor samples. While the DROSHA E1147K mutation resulted in a global downregulation of canonical miRNAs, DGCR8 E518K was able to retain significant activity of the microprocessor complex, suggesting that partial reduction of activity or altered specificity may be critical in Wilms tumorigenesis. Despite the significant differences found in the miRNA and mRNA profiles of DGCR8 E518K and DGCR8-wild-type mESCs, functional analysis showed that DGCR8 E518K could mostly restore important cellular functions in the knockout and only slightly differed from the wild-type situation. Further studies in a rather physiological environment, such as in a WT blastemal model system, may additionally help to better assess the subtle differences between DGCR8 E518K and DGCR8 wild-type observed in our mESC lines. Together with our findings, these model systems may thus contribute to better understand the role of these microprocessor mutations in the formation of WT. / Der Wilms Tumor (WT), auch Nephroblastom genannt, ist der häufigste Nierentumor im Kindesalter. In den letzten Jahren wurden bereits mehrere genetische Veränderungen in Wilms Tumoren festgestellt. Bisher konnte jedoch keine eindeutige genetische Ursache gefunden werden. Immer mehr Erkenntnisse deuten darauf hin, dass miRNA Prozessierungsgene eine wichtige Rolle bei der Entstehung von pädiatrischen Tumoren, einschließlich von WT, spielen. Uns ist es gelungen die Mikroprozessor-Gene DROSHA und DGCR8 als entscheidende Faktoren in der WT-Entstehung zu identifizieren. Mit Hilfe der Exom-Sequenzierung einer Kohorte blastemreicher Wilms Tumoren konnten die wiederkehrenden Hotspot-Mutationen DROSHA E1147K and DGCR8 E518K gefunden werden. Diese Mutationen betreffen Regionen, die für die katalytische Aktivität und die Bindung von RNA wichtig sind. Diese Veränderungen beeinflussen vermutlich die Prozessierung von Vorläufer-miRNAs und führen letztendlich zu einer veränderten miRNA Expression. In der Tat waren mutierte Tumorproben durch auffällige Expressionsmuster gekennzeichnet. Bemerkenswerterweise wurden diese Mutationen fast ausschließlich in WT beobachtet, was darauf hindeutet, dass sie eine spezifische Rolle bei der Entstehung von WT spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zunächst die Mutationshäufigkeit von DROSHA E1147K und DGCR8 E518K in einer größeren Kohorte von Wilms Tumoren zu untersuchen und anschließend diese Mikroprozessor-Genmutationen als mögliche onkogene Treiber für die WT-Entstehung näher zu charakterisieren. Das Screening von zusätzlichen 700 WT-Proben mittels allelspezifischer PCR ergab eine hohe Häufigkeit von DROSHA E1147K und DGCR8 E518K Mutationen. Dabei traten sie vermehrt bei Tumoren mit einer Hochrisikohistologie auf. Die DROSHA E1147K Mutation wurde in allen Fällen heterozygot exprimiert, was einen dominant-negativen Effekt impliziert. Im Gegensatz dazu zeigte die DGCR8 E518K Mutation ausschließlich eine homozygote Expression, was darauf hindeutet, dass die Mutation rezessiv wirkt. Um die Mutationen des Mikroprozessorkomplexes in vitro funktionell zu untersuchen, generierte ich stabile HEK293T-Zelllinien mit induzierbarer Überexpression von DROSHA E1147K, und stabile embryonale Mausstammzelllinien mit induzierbarer Überexpression von DGCR8 E518K. Um die in WT beobachtete homozygote Expression nachzustellen, wurden für die Erzeugung der DGCR8-Zelllinien Mausstammzellen mit einem DGCR8-Knockout verwendet. Die induzierbare Überexpression von Wildtyp oder mutiertem DROSHA in HEK293T-Zellen zeigte, dass DROSHA E1147K zu einer globalen Herunterregulierung der miRNA-Expression führt. Es wurde zuvor gezeigt, dass der Knockout von DGCR8 in Mausstammzellen ebenfalls zu einer signifikanten Herunterregulierung kanonischer miRNAs führt. Die induzierbare Überexpression von Wildtyp DGCR8 konnte diesen Prozessierungsdefekt aufheben. DGCR8 E518K führte dagegen nur zu einer partiellen Behebung des Prozessierungsdefekts. Differenziell exprimierte miRNAs umfassten hierbei Mitglieder aus der stammzellspezifischen ESCC-Familie und der let-7-miRNA-Familie, deren Antagonismus bekanntermaßen eine bedeutende Rolle bei der Regulation von Stammzelleigenschaften spielt. Zusammen mit einer veränderten miRNA-Expression zeigten DGCR8-E518K-Zellen Veränderungen in der Zielgenexpression, welche möglicherweise verschiedene biologische Prozesse beeinflussen können. Wir konnten verringerte Proliferationsraten beobachten, höchstwahrscheinlich aufgrund einer verringerten Lebensfähigkeit der Zellen. DGCR8-E518K schien in der Lage zu sein, den Block des G1-S Übergangs zu überwinden und den Zellzyklusdefekt in DGCR8-KO-Zellen zu beheben, wenn auch nicht in vollem Umfang wie Wildtyp DGCR8. Darüber hinaus schien DGCR8-E518K nicht in der Lage zu sein, die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) vollständig blockieren zu können. Embryoid-Körper (EBs) mit der E518K Mutation konnten das Selbsterneuerungsprogramm jedoch noch unterdrücken und somit den Differenzierungsdefekt in DGCR8-KO-Zellen beheben. Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass DROSHA E1147K und DGCR8 E518K häufige Mutationen in WT sind und dabei am häufigsten in Hochrisiko-Tumoren vorkommen. Jede dieser Mutationen führte in vitro zu einer veränderten miRNA-Expression, was unsere vorherigen Befunde in Tumorproben bestätigte. Während die DROSHA E1147K Mutation zu einer globalen Herunterregulierung kanonischer miRNAs führte, konnte die DGCR8 E518K Mutation die Aktivität des Mikroprozessorkomplexes größtenteils wiederherstellen, was darauf hindeutet, dass eine teilweise Verringerung der Aktivität oder eine veränderte Spezifität bei der WT-Entstehung kritisch sein könnte. Trotz der signifikanten Unterschiede in den miRNA- und mRNA-Profilen von DGCR8-E518K- und DGCR8 Wildtyp-Zellen, ergab die Funktionsanalyse, dass DGCR8 E518K viele wichtige Zellfunktionen im Knockout wiederherstellen konnte und sich nur geringfügig von der Wildtyp-Situation unterschied. Weitere Studien unter physiologischeren Bedingungen, wie beispielsweise in einem WT-Blastem-Modellsystem, könnten zusätzlich helfen, die in unseren Mausstammzelllinien beobachteten feinen Unterschiede zwischen DGCR8 E518K und DGCR8 Wildtyp besser bewerten zu können. Zusammen mit unseren Erkenntnissen könnten diese Modellsysteme somit dazu beitragen, die Rolle dieser Mikroprozessormutationen bei der WT-Entstehung besser zu verstehen.

In den letzten Jahren gewann das Konzept der Paranodopathien als eigene Krankheitsentität der inflammatorischen Polyneuropathien zunehmend an Bedeutung. Die Forschung konzentrierte sich dabei überwiegend auf die chronisch inflammatorische Polyradikuloneuropathie (CIDP). In dieser Arbeit werden (para-)nodale Antikörper gegen Neurofascin-155, panNeurofascin, Contactin-1 und Caspr-1 in einer großen Kohorte von Patienten mit Guillain-Barré-Syndrom (GBS) und CIDP nachgewiesen. Patienten mit Anti-panNeurofascin-Antikörpern zeigten besonders schwere Verlaufsformen. Patienten mit anderen (para-)nodalen Antikörpern zeigten je nach IgG-Subklasse der Antikörper spezifische klinische Merkmale und ein unterschiedliches Ansprechen auf die Therapie. Die Arbeit zeigt, dass die Bestimmung (para-)nodaler Antikörper bei Patienten mit GBS und CIDP im klinischen Alltag zur Einordung der Prognose und Therapieplanung sinnvoll sein kann. / In the last years the concept of paranodopathy as an own disease entity has gained more relevance. So far, most studies focused on chronic inflammatory polyneuropathy (CIDP). In this study, autoantibodies against neurofascin-155, pan-neurofascin, contactin-1, and capsr-1 in a cohort of Guillain-Barré-syndrome (GBS) and CIDP were detected. All patients with anti-pan-neurofascin-antibodies suffered from a very severe course of disease. Patients with other (para-)nodal autoantibodies showed common clinical features and therapeutic response depending on the autoantibody and their IgG-subclasses. This study shows that (para-)nodal autoantibodies should be determined in GBS and CIDP to estimate clinical course and therapeutic response.