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Abstract

The mevalonate kinase deficiency (MKD) is an inherited disorder of the cholesterol biosynthesis. This early-onset disease is caused by mutations in the MVK gene and belongs to the ultra-rare diseases. Patients are divided into two groups, the mevalonate kinase deficiency (MKD)/ hyperimmunoglobulinemia D syndrome (HIDS) group and the mevalonic aciduria (MVA) group, which is the more severe end of the spectrum of symptoms. The clinical picture includes recurrent febrile crises, often accompanied by hepatosplenomegaly, lymphadenopathy, mental retardation, ocular symptoms, psychomotor retardation, skin rashes, cardiomyopathy, hypotonia and facial dysmorphism. The new patient MVK9 displayed the typical symptoms of MVA patients and was initially diagnosed by the elevated mevalonate acid excretion in urine, which is the gold standard screening method for diagnosis. The patient died at day 11 due to cardiac arrest. Genetic analysis confirmed the MVK deficiency by identifying the homozygous mutation c.803T>C in exon 9 leading to amino acid change p.Ile268Thr. To get a better understanding of the pathophysiologic mechanism of the MVK deficiency, ten more MVK patients were included in this work. Sanger sequencing of these patients revealed two new mutations, c.782T>C in MVK10 and c.790dupC in MVK3, which are not in the NCBI ClinVar database yet. All 11 patients belong to the MVA group, whereby also differences in the severity of the phenotype were present. MVK expression analysis revealed a diminished MVK protein expression in all MVK patients. Biochemical and genetic analyses used in this study comprised western blots, immunofluorescence studies, lectin blots, N-glycan analysis, nCounter expression analysis, qRT-PCR, lipid analysis and metabolite measurements. Based on the results of this work it could be demonstrated for the first time that a MVK defect leads to a global N-glycosylation deficiency in patients caused by low levels of dolichol and dolichyl phosphate. In addition, hints to an impact on O-mannosylation and C-mannosylation have been found. The MVK defect therefore belongs to the disease group of congenital disorders of glycosylation (CDG), and it is proposed to name this new defect `MVK-CDG´.

Translation of abstract (German)

Der Mevalonat-Kinase-Mangel (MKD) ist eine vererbte Störung der Cholesterinbiosynthese. Diese früh auftretende Krankheit wird durch Mutationen im MVK-Gen verursacht und gehört zu den sehr seltenen Krankheiten. Die Patienten werden in zwei Gruppen unterteilt, die Mevalonatkinase-Mangel (MKD)/ Hyperimmunoglobulinämie-D-Syndrom (HIDS)-Gruppe und die Mevalonsäure Azidurie (MVA)-Gruppe, die das schwerere Ende des Symptomspektrums darstellt. Das klinische Bild umfasst wiederkehrende Fieberkrisen, die häufig von Hepatosplenomegalie, Lymphadenopathie, geistiger Retardierung, okulären Symptomen, psychomotorischer Retardierung, Hautausschlägen, Kardiomyopathie, Hypotonie und Gesichtsdys-morphismen begleitet werden. Der neue Patient MVK9 wies die typischen Symptome von MVA-Patienten auf und wurde zunächst durch die erhöhte Mevalonatsäureausscheidung im Urin diagnostiziert, die die Goldstandard-Screening Methode für die Diagnose darstellt. Der Patient starb am 11. Tag aufgrund eines Herzstillstands. Die genetische Analyse bestätigte den MVK-Mangel durch die Identifizierung der homozygoten Mutation c.803T>C im Exon 9, die zu einer Aminosäureveränderung p.Ile268Thr führt. Um ein besseres Verständnis des pathophysiologischen Mechanismus des MVK-Mangels zu erhalten, wurden zehn weitere MVK-Patienten in diese Arbeit einbezogen. Die Sanger-Sequenzierung dieser Patienten ergab zwei neue Mutationen, c.782T>C in MVK10 und c.790dupC in MVK3, die noch nicht in der NCBI ClinVar-Datenbank enthalten sind. Alle 11 Patienten gehören zur MVA-Gruppe, wobei auch Unterschiede im Schweregrad des Phänotyps vorhanden waren. Die MVK-Expressionsanalyse ergab eine verminderte MVK-Proteinexpression bei allen MVK-Patienten. Die in dieser Studie verwendeten biochemischen und genetischen Analysen umfassten Western Blots, Immunfluoreszenzstudien, Lektin-Blots, N-Glykan-Analysen, nCounter-Expressionsanalysen, qRT-PCR, Lipidanalysen und Metaboliten Messungen. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass ein MVK-Defekt bei Patienten zu einem globalen N-Glykosylierungsdefizienz führt, das durch niedrige Dolichol- und Dolicholphosphatspiegel verursacht wird. Darüber hinaus wurden Hinweise auf einen Einfluss auf die O-Mannosylierung und die C-Mannosylierung gefunden. Der MVK-Defekt gehört daher zur Krankheitsgruppe der angeborenen Störungen der Glykosylierung (CDG), und es wird vorgeschlagen, diesen neuen Defekt "MVK-CDG" zu nennen.