Analyse Des Klinischen Verlaufs Und Der Differentiellen Genexpression Interferon-Β1a Therapierter Patienten Mit Multipler
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Medizinische Fakultät, Universität Rostock Klinik und Poliklinik für Neurologie Direktor: Prof. Dr. med. Reiner Benecke Analyse des klinischen Verlaufs und der differentiellen Genexpression Interferon-!1a therapierter Patienten mit Multipler Sklerose Inauguraldissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor medicinae (Dr. med.) der Medizinischen Fakultät der Universität Rostock vorgelegt von Christian Wilhelm Fatum geboren am 05.04.1983 in Münster Rostock 2013 Gutachter 1. Gutachter Prof. Dr. med. Uwe K. Zettl Klinik und Poliklinik für Neurologie, Universitätsklinikum Rostock 2. Gutachter Prof. Dr. med. Hayrettin Tumani Klinik und Poliklinik für Neurologie, Universitätsklinikum Ulm 3. Gutachter Prof. Dr. med. Juergen H. Faiss Klinik für Neurologie am Asklepios Fachklinikum Teupitz Datum der Einreichung: 29.10.2012 Datum der Verteidigung: 11.06.2013 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverzeichnis Seite 1 Einleitung ............................................................................................. 4 1.1 Epidemiologie ......................................................................................................... 5 1.2 Ätiologie und Pathogenese ...................................................................................... 5 1.3 Klinik ....................................................................................................................... 9 1.3.1 Symptomatik ........................................................................................................... 9 1.3.2 Krankheitsverlauf und Prognose ........................................................................... 10 1.3.3 Diagnostik ............................................................................................................. 16 1.3.4 Therapie ................................................................................................................. 18 1.3.5 Interferon-! Therapie ............................................................................................ 22 1.4 Prädiktive Marker für den Therapieerfolg ............................................................. 24 1.4.1 Molekularbiologische Biomarker .......................................................................... 27 1.4.2 RNA-Profiling ....................................................................................................... 28 2 Fragestellung ..................................................................................... 30 3 Material und Methoden ................................................................... 32 3.1 Aufbau der Studie .................................................................................................. 32 3.2 Patientenpopulation ............................................................................................... 33 3.3 Klinische Beurteilung der Patienten ...................................................................... 35 3.3.1 Response- und Non-Response Kriterien ............................................................... 35 3.3.1.1 Schubfrequenz ....................................................................................................... 35 3.3.1.2 Progression ............................................................................................................ 35 3.3.2 Ermittlung paraklinischer Befunde ....................................................................... 36 3.3.3 Ermittlung des Nebenwirkungsprofils .................................................................. 36 Inhaltsverzeichnis 2 3.4 Genexpressionsanalytik ......................................................................................... 37 3.4.1 Affymetrix GeneChip®-Technologie ................................................................... 37 3.4.2 Genexpressionsanalyse .......................................................................................... 37 3.4.3 Filterung Interferon induzierter und reprimierter Gene ........................................ 39 3.5 Funktionelle Genanalytik und Netzwerkmodellierung ......................................... 41 3.5.1 Biologische Funktionen der gefilterten Gene ........................................................ 41 3.5.2 Analyse der Transkriptionsfaktorbindungsstellen ................................................. 42 3.5.3 Modell des genregulatorischen Netzwerks ........................................................... 43 3.6 Identifikation prädiktiver Marker .......................................................................... 44 4 Ergebnisse .......................................................................................... 46 4.1 Klinik ..................................................................................................................... 46 4.1.1 Klinische und soziodemographische Merkmale der Patientenpopulation ............ 46 4.1.2 Schubfrequenz ....................................................................................................... 48 4.1.3 Krankheitsprogression ........................................................................................... 50 4.1.4 Morphologische Befunde in der Magnetresonanztomographie ............................ 53 4.1.5 Nebenwirkungen der Interferon-! Therapie .......................................................... 56 4.2 Differentielle Genexpression ................................................................................. 57 4.2.1 Transkriptionelle Änderungen im Blut durch die IFN-!1a Therapie .................... 57 4.2.2 Funktionelle Analyse der exprimierten Gene ........................................................ 59 4.3 Netzwerkanalyse ................................................................................................... 60 4.3.1 Identifikation von Transkriptionsfaktor-Gen Interaktionen .................................. 60 4.3.2 Netzwerk Interferon-modulierter Gene ................................................................. 62 4.4 Assoziation von Expressionsmustern und den klinischen Daten .......................... 65 4.4.1 Grippale Nebenwirkungen und deren assoziierte Gene ........................................ 65 4.4.2 Differentielle Genexpression für die Kriterien EDSS und Schub ......................... 67 4.4.3 Differentielle Genexpression für das Kriterium MRT .......................................... 69 Inhaltsverzeichnis 3 5 Diskussion .......................................................................................... 70 6 Zusammenfassung ............................................................................ 84 7 Literaturverzeichnis ......................................................................... 87 8 Wissenschaftliches Verzeichnis ....................................................... 98 8.1 Abbildungsverzeichnis .......................................................................................... 98 8.2 Tabellenverzeichnis ............................................................................................... 99 8.3 Abkürzungsverzeichnis ....................................................................................... 100 9 Anhang ............................................................................................. 102 A Liste der ermittelten, differentiell exprimierten Gene ......................................... 102 B Graphische Darstellung eines MA-Plots ............................................................. 105 C Ergänzende Erläuterungen zur Methodik der vorliegenden Arbeit ..................... 106 10 Thesen zur Dissertation .................................................................. 107 11 Eidesstattliche Erklärung .............................................................. 110 12 Danksagung ..................................................................................... 111 Einleitung 4 1. Einleitung Die Multiple Sklerose (MS) ist eine immunmediierte Erkrankung des zentralen Nervensys- tems. Sie ist die häufigste nicht-traumatische Ursache für eine schwerwiegende, neurologi- sche Behinderung des jungen Erwachsenen [World Health Organization, WHO 2004]. Die Erkrankung ist durch entzündliche Prozesse an den Myelinscheiden mit Demyelinisierung und Axonschädigung sowie einer Degeneration der zentralen Nervenfasern gekennzeichnet und führt zu diversen neurologischen Defiziten. In ihrer häufigsten Form hat sie einen schubfömig-intermittierenden Verlauf (Kapitel 1.3.2 Krankheitsverlauf und Prognose). Die Ursache der MS ist bisher nicht bekannt, aufgrund dieser Tatsache existieren bisher keine kausalen Behandlungsmöglichkeiten. Genetische Einflüsse, Umweltfaktoren sowie eine auto- immunologische Dysfunktion werden mit der Pathogenese der Erkrankung in Verbindung ge- bracht [Weiner 2009, Compston & Coles 2008, Sospedra & Martin 2005]. Die Therapie stützt sich gegenwärtig auf eine immunmodulatorische Stufentherapie, die im Falle von auftreten- den Symptomen durch eine symptomatische Behandlung ergänzt wird [Rieckmann 2006, Leitlinien zur MS, DGN 2012]. Zudem werden psychosoziale Bewältigungsstrategien, das sogenannte Coping eingesetzt, um dem Patienten einen besseren Umgang mit der Krankheit ermöglichen zu können [Apel et al. 2006]. Die Immunmodulation zielt auf eine Verringerung der Schubfrequenz und Krankheitsprogression ab und versucht die Entstehung neuer Hirnlä- sionen und einer Hirnatrophie zu verhindern. In der Behandlung der schubförmigen MS hat sich rekombinantes Interferon-! weltweit als Standard etabliert. Trotz einer vergleichsweise guten Wirkung hat die Behandlung