FEBRUAR 2018 – CLCN2 chloride channel mutations in familial hyperaldosteronism type II

Abstract

Primary aldosteronism, a common cause of severe hypertension1, features constitutive production of the adrenal steroid aldosterone. We analyzed a multiplex family with familial hyperaldosteronism type II (FH-II)2 and 80 additional probands with unsolved early-onset primary aldosteronism. Eight probands had novel heterozygous variants in CLCN2, including two de novo mutations and four independent occurrences of a mutation encoding an identical p.Arg172Gln substitution; all relatives with early-onset primary aldosteronism carried the CLCN2 variant found in the proband. CLCN2 encodes a voltage-gated chloride channel expressed in adrenal glomerulosa that opens at hyperpolarized membrane potentials. Channel opening depolarizes glomerulosa cells and induces expression of aldosterone synthase, the rate-limiting enzyme for aldosterone biosynthesis. Mutant channels show gain of function, with higher open probabilities at the glomerulosa resting potential. These findings for the first time demonstrate a role of anion channels in glomerulosa membrane potential determination, aldosterone production and hypertension. They establish the cause of a substantial fraction of early-onset primary aldosteronism.

Interview

Im Februar erhielt die Johanna-Quandt-Professorin Ute Scholl das Paper of the Month.

Woran forschen Sie? Was ist der Kern Ihrer Forschung? Was motiviert Sie bei ihrer Forschung?

Meine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Genetik und Pathophysiologie von Bluthochdruck und endokrinen Tumoren. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf dem primären Hyperaldosteronismus, einer Überproduktion des Nebennierenhormons Aldosteron, die zu Bluthochdruck führt. Als Postdoc und später Arbeitsgruppenleiterin konnte ich zur Entdeckung von Ionenkanalmutationen sowohl in hormonbildenden Tumoren der Nebenniere als auch bei familiären Formen des Hyperaldosteronismus beitragen. Neugier und Freude am Forschen motivieren mich. Bei genetischen Studien ist der schönste Moment die Identifikation eines neuen Krankheitsgens, mit der Möglichkeit, neue physiologische Zusammenhänge zu erforschen, im Idealfall sogar mit klinischer Anwendung. Diese seltenen Glücksmomente motivieren auch in schwierigeren Zeiten. Eine besondere Motivation ist der Umgang mit Patienten, deren Erkrankungen wir erforschen.

Was ist die zentrale Kernaussage Ihrer Publikation und wodurch unterscheidet sich Ihre Studie von den Arbeiten anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem Feld?

Wir haben in dieser Studie die genetische Ursache für ein erbliches Bluthochdrucksyndrom entschlüsselt. Beim sogenannten familiären Hyperaldosteronismus Typ II wird das Blutdruckhormon Aldosteron vermehrt gebildet, was meist im Kindes- oder Jugendalter zur Entwicklung von Bluthochdruck führt. Dieses Syndrom wurde erstmals vor etwa 25 Jahren bei einer australischen Familie beschrieben, die genetische Ursache blieb jedoch unklar. Wir konnten nun bei der australischen Familie und sieben weiteren Familien Mutationen im Gen CLCN2, das für einen Chloridkanal codiert, nachweisen. Dieser Chloridkanal wird in Aldosteron-bildenden Zellen der Nebenniere exprimiert. Das Öffnen des Kanals führt zu einer Depolarisation der Zelle und verstärkten Bildung von Aldosteron. Die Mutationen bei Patienten mit familiärem Hyperaldosteronismus führen zu einer verstärkten Aktivität des Chloridkanals und dadurch einer verstärkten Aldosteronproduktion. In dieser Studie konnten wir erstmals die Bedeutung eines Anionenkanals für die Aldosteronproduktion der Nebenniere aufzeigen.

Mit welchen Kooperationspartnern ist die Publikation entstanden? Wer war maßgeblich mit daran beteiligt?

Die Publikation ist das Ergebnis vieler Kooperationen. Die Gruppe von Michael Stowasser und Richard Gordon in Brisbane hat die große australische Familie identifiziert und charakterisiert. Bei einer Konferenz habe ich Michael Stowasser gefragt, ob wir weitergehende genetische Untersuchungen an dieser Familie durchführen könnten. So konnten wir CLCN2 als Kandidatengen identifizieren. Zur Bestätigung konnten wir eine Kohorte aus dem Labor von Richard Lifton, in dessen Labor ich an der Yale University als Postdoc tätig war und der inzwischen Präsident der Rockefeller University ist, verwenden. Die elektrophysiologischen Arbeiten sind im Labor von Christoph Fahlke am Forschungszentrum Jülich durchgeführt worden, hier war Gabriel Stölting maßgeblich beteiligt. Bei der bioinformatischen Analyse war uns Murim Choi aus Korea behilflich. Aus meiner Gruppe haben Julia Schewe und Anne Thiel maßgeblich beigetragen. Vom BIH waren Marieluise Kirchner und Philipp Mertins von der BIH-Technologieplattform Proteomik beteiligt.

Welche nächsten Schritte sind für das Projekt geplant und was sind mögliche Implikationen Ihrer Ergebnisse für Patientinnen und Patienten?

Wir möchten die Funktion der Anionenkanäle in der Nebenniere besser verstehen. Dazu möchten wir elektrophysiologische Untersuchungen, etwa an einem Mausmodell, vornehmen. Auch möchten wir die Regulation der Kanäle untersuchen. Ganz unmittelbar erlauben diese Ergebnisse, Patienten mit Verdacht auf einen familiären Hyperaldosteronismus und deren Angehörige auf Mutationen im Gen CLCN2 zu untersuchen. Die Patienten in unserer Studie sprachen auf Spironolacton, ein Medikament zur Behandlung des primären Hyperaldosteronismus, an, so dass dieses Medikament als Behandlungsoption zur Verfügung steht.