Elżbieta Skorupska*, Agata Różycka, Wiesław H. Trzeciak. Molekularne i genetyczne podłoże idiopatycznej padaczki czołowej. z napadami nocnymi

Transkrypt

1 Elżbieta Skorupska*, Agata Różycka, Wiesław H. Trzeciak Molekularne i genetyczne podłoże idiopatycznej padaczki czołowej z napadami nocnymi Molecular and genetic basis of idiopatic nocturnal frontal lobe epilepsy Katedra i Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej Akademii Medycznej w Poznaniu Kierownik Katedry i Zakładu: Prof. dr hab. med. W.H. Trzeciak Słowa kluczowe: padaczka czołowa z napadami nocnymi, mutacje genów kodujących podjednostki kanału sodowo-potasowego, neuronalny receptor nikotynowy dla acetylocholiny Key words: nocturnal frontal lobe epilepsy, mutations in the genes encoding sub-units of sodium-potassium channel, neuronal nicotinic acetylcholine receptor Streszczenie W pracy omówiono najnowsze piśmiennictwo i przedyskutowano wyniki badań podłoża molekularnego autosomalnie dominującej padaczki czołowej z napadami nocnymi (ADNFLE). Choroba jest wywołana mutacjami genów dla podjednostek neuronalnego receptora acetylocholiny, stanowiącego kanał jonowy, sodowo-potasowy. *Miejsce pracy: Klinika Chorób Zakaźnych i Neurologii Instytutu Pediatrii AM w Poznaniu 1

2 Dotychczas opisano trzy rodzaje mutacji genu kodującego podjednostkę 4 u wielopokoleniowych rodzin z Australii, Hiszpanii, Norwegii i Japonii oraz dwa rodzaje mutacji genu dla podjednostki 2, w rodzinie włoskiej i szkockiej. Mutacje polegają na zamianie pojedynczego nukleotydu lub kilkunukleotydowej insercji i wywołują obniżenie aktywności receptora lub zmianę jego powinowactwa do liganda. Postęp genetyki stworzył szansę dokładniejszego zrozumienia epileptogenezy na poziomie molekularnym, co ułatwia rozpoznanie oraz stwarza bardziej racjonalne podstawy leczenia i zapobiegania tej postaci padaczki. Summary In this review current literature regarding autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy (ADNFLE) was presented and discussed. This disease is caused by mutations of genes coding for sub-units of neuronal acetylcholine receptor comprising sodium/potassium ion channel. To date, three types of mutations of the gene encoding 4 sub-unit of acetylcholine receptor were described in multi-generation families in Australia, Spain, Norway and Japan, as well as two types of mutations of the 2 sub-unit in the two families, one from Italy and the other from Scotland. Mutations were caused by substitutions of a single nucleotide or several nucleotide insertions and result in lowering the activity of the receptor or changes in the affinity to the ligand. Recent advances in molecular genetics have provided the means for better understanding of human epileptogenesis at a molecular level, which facilitates clinical diagnosis, provides more rational basis of therapy and prevention of this form of epilepsy. 2

3 Padaczka jest jedną z najczęstszych chorób neurologicznych, o wskaźniku zachorowalności około 1%. Obecnie szacuje się, że na padaczkę choruje ok. 60 milionów ludzi na świecie [18], a w Polsce liczba chorych na padaczkę wynosi tysięcy. W około 40% przypadków padaczek, określanych mianem idiopatycznych, czynnikiem etiologicznym są nieprawidłowości genetyczne [19]. Istnieje ponad 200 chorób dziedziczonych zgodnie z prawami Mendla, w których napady padaczkowe stanowią część fenotypu. Wyróżnia się kilka rodzajów padaczek dziedziczonych jednogenowo, przybierających różne postaci kliniczne ze względu na różnorodność mutacji genów [5;24]. Natomiast o wielu padaczkach sądzi się, że mają typ dziedziczenia oligo- lub wielogenowy [6]. Dzięki postępowi genetyki molekularnej, który dokonał się w ostatnim dziesięcioleciu możliwym stało się lepsze zrozumienie genetycznych podstaw epileptogenezy na poziomie molekularnym. W klasyfikacji padaczki uwzględnia się element etiologiczny, rozróżniając jej postać objawową, idiopatyczną oraz kryptogenną [3;10]. Pod pojęciem padaczki idiopatycznej rozumiemy te przypadki, w których choroba jest najprawdopodobniej uwarunkowana zaburzeniami genetycznymi [3]. U podłoża padaczki kryptogennej leżą uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego, niemożliwe do wykrycia przy użyciu współczesnych metod diagnostycznych. Padaczki objawowe mogą być następstwem uszkodzenia struktury tkanki nerwowej, chorób metabolicznych lub malformacji naczyniowych [10]. Badania molekularna stwarzają szansę zdefiniowania obserwowanych zaburzeń genetycznych w grupie padaczek idiopatycznych oraz zaprzestania używania w ich definicji określenia: padaczka o niezidentyfikowanej przyczynie. Dotychczas nie poznano w pełni podłoża genetycznego padaczki idiopatycznej. Najnowsze badania wskazują, że jedna z form padaczki idiopatycznej autosomalnie dominująca padaczka czołowa z napadami nocnymi - jest uwarunkowana mutacjami genów 3

4 kodujących podjednostki neuronalnego receptora acetylocholiny [6;7;12;13;16;21;23]. Ta forma kliniczna padaczki zaliczana jest do chorób dziedziczonych zgodnie z klasycznym typem dziedziczenia, do których zalicza się również łagodne rodzinne drgawki noworodków, padaczkę uogólnioną z drgawkami gorączkowymi oraz postępujące padaczki miokloniczne. Mutacje genów kodujących kanały jonowe leżą również u podłoża innych form klinicznych padaczek idiopatycznych [15]. Charakterystyka kliniczna autosomalnie dominującej padaczki czołowej z napadami nocnymi (ADNFLE- autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy) Autosomalna dominująca padaczka czołowa z napadami nocnymi została po raz pierwszy opisana w 1994 roku [17]. Zaliczana jest do padaczek częściowych i charakteryzuje się występowaniem napadów podczas snu REM, często błędnie rozpoznawanych jako zaburzenia snu. Napady częściowe złożone z płata czołowego są krótsze, gwałtowniejsze i występują z większą częstotliwością niż napady z płata skroniowego. Obserwuje się częściej, w porównaniu ze skroniowymi napadami częściowymi złożonymi, wtórne uogólnienie napadów czołowych. Napady te mogą występować klasterowo. Niekiedy są obserwowane wokalizacje lub zatrzymanie mowy. Mogą także występować dziwaczne czynności obu rąk lub stóp. Często obserwowane automatyzmy są mylone z napadami niepadaczkowymi. Objawom tym mogą towarzyszyć napady zwrotne głowy i oczu. Czasem obserwuje się ponapadowy niedowład Todda. Obraz EEG może pozostawać prawidłowy, nawet podczas snu. Neuroobrazowanie jest często negatywne, stąd lokalizacja jest trudna do ustalenia. Pierwszy napad padaczki może wystąpić zarówno we wczesnym dzieciństwie, jak również w wieku dorosłym. U 50% chorych jest to pierwsza lub druga dekada życia. Najczęściej początek obserwowany jest w okresie niemowlęcym lub wczesnym dzieciństwie. 4

5 Napady występujące u dzieci mogą być wywołane przez dotyk lub dobiegające z zewnątrz dźwięki. Niekiedy trudno uzyskać kontrolę napadów lekami przeciwdrgawkowymi. Natomiast napady u dorosłych ustępują samoistnie i łatwo je kontrolować podawaniem karbamazepiny. Dzieci cierpiące na ten typ padaczki cechuje nadpobudliwość emocjonalna oraz niekiedy obserwowane jest opóźnienie rozwoju psychomotorycznego. Obserwuje się wewnątrzrodzinne zróżnicowanie ciężkości napadów. Często napady poprzedzone są aurą, głębokim oddychaniem, chrząkaniem lub różnymi innymi dźwiękami wydawanymi przez chorego. W większości pacjenci nie tracą przytomności podczas napadów, mogą jednak zdarzyć się napady uogólnione z utratą przytomności. W początkowym okresie choroby są obserwowane typowe dla lokalizacji w płacie czołowym napady częściowe proste (ruchowe). Następnie u większości dzieci napady przyjmują charakter toniczny, natomiast u dorosłych obserwowane są wtórnie uogólnione napady toniczno-kloniczne. ADNFLE jest chorobą trudną do rozpoznania, z uwagi na rzadko obserwowane zmiany w międzynapadowym EEG oraz duże zróżnicowanie objawów klinicznych. Wydaje się jednak, że ADNFLE nie jest, jak się dotychczas wydawało tak rzadko spotykaną postacią padaczki i przypuszczalnie jest wielu chorych z nierozpoznaną dotychczas chorobą [8]. Oldani i wsp. podaje, że tylko u 18.8% chorych prawidłowa diagnoza została postawiona na początku leczenia [11]. Często również napady motoryczne postrzegane są w rodzinach jako dopuszczalna forma prawidłowego zachowania [8]. Od czasu zdefiniowania po raz pierwszy tej padaczki przez Scheffera i wsp. [17] wykonano badania genetyczne w rodzinach z ADNFLE pochodzących z Włoch, Japonii, Szkocji, Australii, Hiszpanii oraz Norwegii [6;7;12;13; 21;16; 23]. Pomimo licznych podobieństw objawów klinicznych obserwowanych u chorych z ADNFLE, wyróżniono trzy formy kliniczne tej postaci padaczki: ENFL1, ENFL2 i ENFL3. Objawy kliniczne tych trzech form są uwarunkowane defektami trzech różnych genów 5

6 CHRNA znajdujących się na różnych chromosomach [6]. Za ENFL1 odpowiada gen kodujący podjednostkę 4 zlokalizowany na chromosomie 20 (20q13.2-q13.3). Mutacja w obrębie genu CHRNA4, kodującego podjednostkę 4 neuronalnego receptora nikotynowego acetylocholiny, znaleziona w ADNFLE, doprowadza do jego obniżonej aktywności. Powstawanie napadów w ADNFLE jest przypuszczalnie uwarunkowane zaburzeniem funkcji kanału jonowego (sodowo-potasowego) w obrębie tego receptora. Budowa i funkcja podjednostki 4 neuronalnego receptora nikotynowego dla acetylocholiny Nikotynowy receptor acetylocholiny (nachr) należy do rodziny kanałów jonowych bramkowanych ligandem, pośredniczących w przekazywaniu sygnałów nerwowych przez synapsę. Struktura nachr została poznana dzięki badaniom Unwina [25], który wykazał, że składa się on z pięciu podjednostek ( 2 ) o łącznej m.cz. 268 kda. W komórkach nerwowych ssaków istnieją różne podtypy nachr utworzone przez podjednostki ( 2 do 9), które zawierają co najmniej po dwie reszty cysteiny (Cys) oraz przez podjednostki ( 2 do 4), pozbawione tych reszt. Sekwencja cdna poszczególnych podjednostek jest podobna, co wskazuje iż geny kodujące te białka powstały na drodze duplikacji i dywergencji genu pierwotnego [4]. Ekspresja genu podjednostki 4 (CHRNA4) zachodzi głównie w neuronach mózgu, gdzie nachr przyjmuje najczęściej konfigurację: ( 4) 2 ( 2) 3 (Ryc.1). Region N-końcowy każdej z podjednostek tworzy hydrofilową domenę zewnątrzkomórkową skierowaną ku szczelinie synaptycznej, podczas gdy region C-końcowy składa się z czterech hydrofobowych segmentów przezbłonowych. Kanał receptora tworzą zewnątrzkomórkowa domena wejściowa, domena przezbłonowa oraz wewnątrzkomórkowa domena wyjściowa (Ryc.2). Por utworzony jest przez pięć -helis, w których niewielkie reszty aminokwasów polarnych lub obojętnych są przeplatane większymi resztami aminokwasów nie polarnych, 6

7 tworząc pierścień hydrofobowy zamykający kanał. Związanie dwóch cząsteczek acetylocholiny powoduje otwarcie kanału, wywołane przypuszczalnie zmianą konformacji helis wyścielających por. Każda z podjednostek 4 zawiera po stronie synaptycznej jedno miejsce wiążące acetylocholinę. Jeżeli wysokie stężenie acetylocholiny utrzymuje się dłużej, kanał zamyka się spontanicznie (odczulanie). Ważną rolę w przyłączaniu acetylocholiny odgrywa wiązanie disiarczkowe (S-S) pomiędzy resztami Cys w pozycjach: 197 i 198 (Ryc.2). Ten typ wiązania oraz obecność dwóch reszt, Cys133 i Cys147, stanowią charakterystyczny element struktury pierwszorzędowej podjednostek, odpowiedzialny w znacznej mierze za ich funkcję [9]. Ustalenie lokalizacji genu podjednostki 4 Anand i Lindstrom [1] metodą blotingu (ang. Southern blot) genomowego DNA, pochodzącego z somatycznych komórek hybrydowych ludzkich i chomiczych, zlokalizowali gen kodujący podjednostkę 4 (CHRNA4) na chromosomie 20. Podobne wyniki uzyskał Pilz i wsp. [14] w badaniach wykorzystujących hybrydy komórek ludzkich i szczurzych. Analiza sprzężeń, z wykorzystaniem polimorficznych markerów D20S20 i D20S24, oskrzydlających badane locus oraz specyficznej sekwencji minisatelitarnej D20S19, pozwoliła na ustalenie lokalizacji podjednostki 4 na długim ramieniu chromosomu 20 w prążku q q13.3 [20]. Budowa genu CHRNA4 Gen CHRNA4, o wielkości około 17kpz składa się z 6 eksonów (Ryc.3). Wielkość eksonu 1 i sekwencja kodująca 5 UTR pozostają nieznane [22]. Eksony 2, 3 i 4 są wielkości: 152; 44 i 109 pz, a długości intronów: 1, 2, 3 i 4 wynoszą odpowiednio: 1,6; 3,0; 1,6 oraz 5,5kpz. Ekson 5 zawiera główną sekwencję kodującą genu i posiada wielkość 1374 pz. Otwarta ramka odczytu koduje 627 reszt aminokwasów, przy czym większa część regionu 7

8 kodującego znajduje się w eksonie 5. Kodon inicjujący (ATG) znajduje się w eksonie 1, a w eksonie 6, za kodonem terminującym (TAG), znajduje się sekwencja kodująca 3 UTR, o długości 637pz. Mutacje genu CHRNA4 i metody ich badania Wszystkie dotychczas opisane mutacje są zlokalizowane w eksonie 5 i dotyczą domeny TM2 produktu białkowego. W wielopokoleniowej rodzinie australijskiej, w której stwierdzono 27 zachorowań, Steinlein i wsp. [21] wykryli mutację w eksonie 5 genu CHRNA4 (Tab.I). Do analizy produktów amplifikacji genomowego DNA za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazowej (ang. polymerase chain reaction, PCR) użyli oni metody polegającej na wykrywaniu polimorfizmu konformacji jednoniciowego DNA (ang. singlestranded conformation polymorphism, SSCP). Analiza sekwencyjna eksonu 5 doprowadziła do wykrycia tranzycji C743T, powodującej zastąpienie polarnej reszty seryny przez hydrofobową fenyloalaninę (Ser248Phe) w drugim segmencie przezbłonowym (TM2) receptora (Tab.I). Ten aminokwas znajduje się w bliskim sąsiedztwie pierścienia hydrofobowego, w najwęższej części poru [25]. Jego znaczenie dla prawidłowej funkcji kanału jonowego potwierdziły badania w rodzinie hiszpańskiej, dotkniętej ADNFLE [16]. U osób tych wykryto taką samą mutację jak w rodzinie australijskiej, objawiającą się klinicznie w podobny sposób. Ser252 odgrywa przypuszczalnie podobną rolę jak Ser248. Jej zamiana na Leu, wynikająca z tranzycji C755T w eksonie 5, została niedawno temu odkryta w rodzinie japońskiej [7]. Ser252 znajduje się w pobliżu innego, wysoce konserwatywnego aminokwasu Leu251, stanowiącego fragment hydrofobowego pierścienia otaczającego por kanału. Sądzi się, że wraz z Ser248 oraz Thr244 tworzy ona oś, znajdującą się poniżej miejsca wiązania liganda, a obrót wokół tej osi otwiera lub zamyka pierścień leucynowy. 8

9 Można by wnioskować, iż substytucje: Ser248Phe oraz Ser252Leu prowadzą do zaburzenia funkcji kanału jonowego nachr. Potwierdzają to badania in vitro, które dowiodły, że wprowadzenie podjednostek 4 (zawierających pierwszą z wymienionych mutacji) do prawidłowej struktury receptora, zaburzało jego funkcję [26]. Zakładając, że rola obydwu reszt Ser w bramkowaniu kanału jonowego jest podobna, mutacja Ser252 powinna również powodować obniżenie aktywności receptora. Udział CHRNA4 w etiologii ADNFLE potwierdza odkrycie innej mutacji, zlokalizowanej podobnie jak poprzednie w eksonie 5. W rodzinie norweskiej objawy choroby uwarunkowane były insercją GCT w pozycji 776 (776ins3) [23]. Powodowało to pojawienie się dodatkowej reszty Leu260 w produkcie białkowym genu. Mutacja ta nie zaburzała jednak funkcji receptora, ale zwiększała jego powinowactwo do liganda. Geny CHRNA3/CHRNA5/CHRNB4 Dotychczasowe badania wskazują na heterogenność podłoża genetycznego ADNFLE. Mówią one o związku formy klinicznej padaczki czołowej ENFL2 z grupą genów CHRNA3/CHRNA5/CHRNB4 zlokalizowanych na chromosomie 15q w prążku 24, kodujących odpowiednie podjednostki nachr [13]. Przeprowadzono skryning eksonów wchodzących w skład wymienionych genów, kodujących regiony tworzące por kanału. Jak dotąd nie udało się jednak odnaleźć mutacji w poszczególnych loci. Genem kandydującym, który miałby być odpowiedzialny za pojawianie się objawów choroby jest CHRNA3, kodujący podjednostkę 3 neuronalnego receptora nikotynowego dla acetylocholiny. Badania ekspresji ludzkiej podjednostki 3 w oocytach żabich wykazały, iż funkcjonalna forma nachr powstawała dopiero w jej kombinacji z podjednostką 2 lub 4. 9

10 Gen CHRNB2 Najnowsze badania rodzinne wykazały, że za objawy ENFL3 odpowiedzialne są mutacje genu CHRNB2, kodującego podjednostkę 2 nachr [6;12]. Gen CHRNB2 zlokalizowany jest na chromosomie 1p w prążku 21, a wykryte dotychczas mutacje dotyczą tego samego aminokwasu (Val 287) w produkcie białkowym genu (Tab.I). Jedna z mutacji tego genu polega na transwersji G C w eksonie 5, prowadzącej do substytucji konserwatywnej Val287Leu w domenie TM2 [6]. Druga z wykrytych ostatnio mutacji polega na tranzycji G A w pozycji 1025, prowadzącej do substytucji Val287Met [12]. Funkcjonalne cząsteczki receptorów nach, zawierające zmutowane białko, ulegały silnej ekspresji w oocytach żabich, a ich powinowactwo do acetylocholiny było ok. 10-krotnie wyższe w porównaniu do prawidłowej formy receptora. Uwagi końcowe Opisany typ padaczki może służyć jako model do dalszych poszukiwań wyjaśniających patogenezę padaczek idiopatycznych. Różnorodne formy kliniczne ADNFLE, obserwowane w badanych rodzinach tłumaczy się występowaniem mutacji genów dla tej samej lub różnych podjednostek wchodzących w skład neuronalnego receptora acetylocholiny. Uważa się, że odmienne rozmieszczenie w płatach czołowych oraz różnice w proporcjach zmutowanych form receptora do form prawidłowych, mogłyby warunkować występowanie różnych postaci klinicznych padaczki czołowej w tej samej rodzinie. Poza stwierdzeniem oddziaływania wykrytych dotychczas mutacji na funkcję receptora, nie udało się wytłumaczyć, w jaki sposób niedoczynność nachr może prowadzić do ujawnienia się ogniskowej padaczki czołowej z napadami nocnymi. Sugerowano, że może to wynikać z preferencyjnej lokalizacji receptora w błonie presynaptycznej, co mogłoby odgrywać ważną rolę w modulowaniu uwalniania neuroprzekaźników [2]. Zaburzenie uwalniania 10

11 neuroprzekaźników mogłoby doprowadzić do nadmiernych wyładowań napadowych. Rozważano również możliwość powstawania zmienionych receptorów podczas embrioi organogenezy, co stwarzałoby warunki do szerzenia się wyładowań napadowych po urodzeniu. Ekspresja CHRNA4 w wielu strukturach mózgu sugeruje raczej występowanie uogólnionych wyładowań napadowych. Niezidentyfikowany dotychczas czynnik powoduje jednak, że ogniska napadów powstają w płatach czołowych. Istnieją także badania wskazujące na heterogenność podłoża genetycznego tej choroby. Niedawne doniesienia mówią o związku padaczki czołowej z grupą genów CHRNA3/CHRNA5/CHRNB4 kodujących inne podjednostki nachr [13]. Z kolei najnowsze badania dowodzą, iż u podłoża tej choroby mogą także leżeć mutacje genu kodującego podjednostkę 2, powszechnie występującą w obrębie neuronalnej formy receptora nikotynowego dla acetylocholiny [6;12]. Zbadanie większej liczby pacjentów z ADNFLE oraz analiza znalezionych mutacji mogłyby przyczynić się do dokładniejszego poznania podłoża genetycznego jak również ustalenia związku genotypu z fenotypem chorych. Poznanie mechanizmów biologicznych leżących u podstaw epileptogenezy stwarza możliwość opracowania systemu klasyfikacji padaczek i zespołów padaczkowych, opartego na badaniach molekularnych. Badania genetyczne pozwalają ponadto na precyzyjne ustalenie rozpoznania i w konsekwencji utorują drogę do bardziej racjonalnej profilaktyki i terapii padaczek. 11

12 Piśmiennictwo: [1] Anand R, Lindstrom J. Chromosomal localization of seven neuronal nicotinic acetylcholine receptor subunit genes in humans. Genomics 1992, 13: 962. [2] Coggan JS, Paysan J, Conroy WG, Berg DK i wsp. Direct recording of nicotinic responses in presynaptic nerve terminals. J Neurosci 1997, 17: [3] Commission on Classification and Terminology of the International League Against Epilepsy. Proposal for revised classifiacation of epilepsies and epileptic syndromes. Epilepsia 1989, 30: 389. [4] Deneris ES, Boulter J, Connoly J, Wada E i wsp. Genes encoding neuronal nicotinic acetylocholine receptors. Clin Chem 1989, 35: 731. [5] Elmslie F, Gardiner M. Genetics of the epilepsies. Current Opinion in Neurology 1995, 8: 126. [6] Fusco M, Becchetti A, Patrignani A, Annesi G i wsp. The nicotinic receptor beta-2 subunit is mutant in nocturnal frontal lobe epilepsy. Nature Genet 2000, 26: [7] Hirose S, Iwata H, Akiyoshi H. A novel mutation of CHRNA4 responsible for autosomal nocturnal frontal lobe epilepsy. Neurology 1999, 53: [8] Ito M, Kobayashi K, Fujii T, Okuno T i wsp. Electroclinical picture of autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy in a Japanese Family. Epilepsia 2000, 41: 52. [9] Kao P, Karlin A. Acetylcholine receptor binding site contains a disulfide crosslink between adjacent half-cystinyl residues. J Biol Chem 1986, 261: [10] Majkowski J: Patomechanizm napadów padaczkowych i etipatogeneza padaczki. W: Padaczka i inne stany napadowe u dzieci, red. Michałowicz R, PZWL, Warszawa

13 [11] Oldani A, Zucconi M, Asselta R, Modugno M i wsp. Autosoaml dominant nocturnal frontal lobe epilepsy: a video-polysomnographic and genetic appraisal of 40 patients and delineation of the epileptic syndrome. Brain 1998, 121: 205. [12] Phillips HA, Favre I, Kirkpatrick M. CHRNB2 is the second acetylocholine receptor subunit associated with autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy. Am J Hum Genet 2001, 168:225. [13] Philips HA, Scheffer IE, Crossland KM. Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy. Genetic heterogeneity and evidence for a second locus at 15q24. Am J Hum Genet 1998, 63: [14] Pilz AJ, Willer E, Povey S, Abbott CM i wsp. The genes coding for phosphoenolpyruvate carboxykinase-1 (PCK1) and neuronal nicotinic acetylcholine receptor alpha-4 subunit (CHRNA4) map to human chromosome 20, extending the known region of homology with mouse 2. Ann Hum Genet 1992, 56: 289. [15] Ryan SG. Ion channels and the genetic contribution to epilepsy. J Child Neurol 1999, 148: 58. [16] Saenz A, Galan J, Caloustian C. Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy in a Spanish family with a Ser252Phe mutation in the CHRNA4 gene. Arch Neurol, 56: [17] Scheffer IE, Bhatia KP, Lopes-Cendes I, Fish DR i wsp. Autosomal dominant frontal epilepsy misdiadnosed as sleep disorder. Lancet 1994, 343: 515. [18] Skorupska E. Wartość kliniczna oceny przepływu mózgowego za pomocą tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu (SPECT) w padaczce ogniskowej u dzieci. Praca dokorska. Poznań [19] Skorupska E, Służewski W, Bourguet P i wsp. Porównanie współczesnych metod diagnostycznych w lekoopornej padaczce ogniskowej u dzieci. Neur. Neurochir. Pol. 2000, Suppl. 1:

14 [20] Steinlein OK, Smigrodzki R, Lindstrom J, Anand R i wsp. Refinement of the localization of the gene for neuronal nicotinic acetylcholine receptor alpha-4 subunit (CHRNA4) to human chromosome 20 q13.2-q13.3. Genomics 1994, 22: 493. [21] Steinlein O, Mulley J, Propping P. A missense mutation in the neuronal nicotinic acetylcholine receptor 4 subunit is associated with autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy. Nature Genet 1995, 11: 201. [22] Steinlein O, Weiland S, Stoodt J, Propping P. Exon intron structure of the human neuronal nicotinic acetylcholine receptor alpha-4 subunit (CHRNA4). Genomics 1996, 32: 289. [23] Steinlein OK, Magnusson A, Stoodt J. An insertion mutation of the CHRNA4 gene in a family with autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy. Hum Mol Genet 1997, 6: [24] Steinlein OK. New insights into the molercular and genetic mechanisms underlying idiopathic epilepsies. Clin Genet 1998, 54: 169. [25] Unwin N. Acetylocholine receptor channel imaged in the open state. Nature 1995, 373: 37. [26] Weiland S, Witzemann V, Villarroel A, Propping P i wsp. An amino acid exchange in the second transmembrane segment of a neuronal nicotinic receptor causes partial epilepsy by altering its desensitization kinetics. FEBS Lett 1996, 398:

15 Ryc. 1 Budowa neuronalnego receptora acetylocholiny w formie otwartej (wg Unwin N [25], zmodyfikowano) Fig. 1 The structure of neuronal acetylcholine receptor in an open state (from Unwin N [25], modified) Por Pore 9 nm Miejsce wiązania acetylocholiny Acetylcholin binding site Błona cytoplazmatyczna TM2 Cytoplasmatic membrane Wnętrze komórki Cytosol Bramka Gate 2 nm 15

16 Ryc. 2 Struktura podjednostki 4 neuronalnego receptora acetylocholiny (wg Kao P, Karlin A [9], zmodyfikowano) Fig. 2 The structure of 4 sub-unit of neuronal acetylcholine receptor (from Kao P, Karlin A [9], modified) S S 16

17 Ryc. 3 Budowa genu dla podjednostki 4 neuronalnego receptora acetylocholiny (wg Steinlein O i wsp. [24], zmodyfikowano) I, II, III, IV, V, VI eksony; kpz 10 3 par zasad; ATG start; TAG stop; - wykryte mutacje Dokładna wielkość eksonu pierwszego i ostatniego są nieznane (zaznaczono kolorem szarym) Fig. 3 The structure of 4 sub-unit gene of neuronal acetylcholine receptor (from Steinlein and al. [24], modified) I through VI, eksons; kbp, 10 3 base pair; ATG, start; TAG, stop; mutations found The exact size of the first and the last exon are not known (indicated by shadoved boxes) CHROM. 20 q13.2 q13.3 I II III IV V VI ATG TAG kpz kbp 17

18 Tab. I Mutacje genów: CHRNA4 oraz CHRNB2 u chorych z idiopatyczną padaczką czołową z napadami nocnymi Tab. I Mutations of CHRNA4 and CHRNB2 genes in patients with idiopatic nocturnal frontal lobe epilepsy Gen Gene nt Mutacja Mutation aa Wpływ mutacji na funkcję receptora Mutation influence on the receptor function CHRNA4 C743T Ser248Phe obniżenie aktywności decreased activity CHRNA4 C755T Ser252Leu obniżenie aktywności decreased activity Kraj Country Australia Australia Hiszpania Spain Japonia Japan Piśm. Ref. [21] [16] [7] CHRNA4 776ins3 Leu260 zwiększenie powinowactwa do acetylocholiny increased affinity to acetylcholine CHRNB2 G C Val287Leu zwiększenie powinowactwa do acetylocholiny increased affinity to acetylcholine CHRNB2 G1025A Val287Met zwiększenie powinowactwa do acetylocholiny increased affinity to acetylcholine nt-nukleotyd; aa-aminokwas nt, nucleotide; aa, amino acid Norwegia Norway Włochy Italy Szkocja Scotland [23] [6] [12] 18