Haploinsufficiency of KMT2E Results in Transcriptional Changes and Leads to Non-syndromic Intellectual Disability

Abstract

Diese Arbeit untersuchte KMT2E als Kandidatengen für geistige Behinderung mit Hilfe verschiedener funktioneller Untersuchungen. Ausgangspunkt war eine geistig behinderte Patientin mit einer de novo Variante in KMT2E (NM_182931.2: c.280delA, p.Thr94Leufs*25). Eine Literaturrecherche ergab keinerlei Hinweise auf eine Verbindung zwischen KMT2E und geistiger Behinderung, allerdings wurden KMT2E Varianten bereits in zwei Patienten mit Autismus-Spektrum- Störungen beschrieben. KMT2E, welches eine PHD und SET Domäne enthält, gehört zur KMT2 Familie der Histonmethyltransferasen und wurde mit Erkrankungen wie koronarer Herzkrankheit und hämatologischen Krebsarten assoziiert. Allerdings wurde KMT2E noch nicht mit neuronaler Entwicklung in Verbindung gebracht, obwohl Varianten der meisten KMT2-Proteinfamilienmitglieder in Patienten mit geistiger Behinderung identifiziert wurden. Um die Rolle von KMT2E bei geistiger Behinderung zu erforschen, wurden Doppelstrangbrüche mit CRISPR/Cas9 in HEK293 Zellen jeweils an den Positionen der KMT2E Varianten der geistig behinderten Patientin und zweier Autismus-Spektrum Patienten inseriert. Die Rolle von KMT2E auf Genexpressionsprofile wurde mit Hilfe von RNA-Seq untersucht. In einem Vergleich von drei KMT2E-Wildtyp und KMT2E-Knockout HEK293 Zelllinien wurden 30 Gene mit veränderter Expression gefunden. Um die Ergebnisse der RNA-Sequenzierung zu validieren, wurden elf dieser Gene in einer qRT-PCR getestet. Das Gen PDEA4 zeigte eine signifikant (P < 0,05) höhere Expression in den KMT2E-Knockout HEK293-Zelllinien als in den KMT2E-Wildtyp HEK293- Zelllinien. PDEA4, ein Mitglied der zyklischen Nukleotid-Phosphodiesterase- Familie, wirkt als cAMP Regulator in vielen verschiedenen grundlegenden Zellsignalwegen und wurde in der Literatur mit Autismus-Spektrum-Störung in Verbindung gebracht. Mittels Western Blot wurde der Einfluss von KMT2E Varianten auf die Histonmethylierung für H3K4me1, H3K4me2, H3K4me3 untersucht. Unsere Forschungsergebnisse fanden Eingang in eine Publikation mit 38 Probanden inklusive unserer Patientin, welche eine geistige Behinderung oder eine Autismus-Spektrum-Störung und eine KMT2E Variante zeigten. Die Ergebnisse unserer Studie identifizierten KMT2E als mögliche Ursache für geistige Behinderung. Weiterführende Forschungsarbeiten sind jedoch angezeigt, um die Funktion dieses Proteins vollständig aufzuklären. Diese Befunde versprechen neue therapeutische Ansätze für betroffene Patienten und erweitern unser Verständnis für geistige Behinderung.