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Eine Ziliopathie ist eine genetisch bedingte Erkrankung der Zilienzellen, deren Grundgerüst (beispielsweise der Basalzellen) oder einer Funktionsstörung der Zilien.
Einführung Da Zilien auf nahezu allen Zelltypen bei Wirbeltieren vorkommen, wird die elementare Bedeutung dieser Zellorganelle unterstrichen. Es erleichtert das Ausbilden von einem breiten Spektrum an Funktionalität. Die Hauptaufgabe liegt im sensorischen Bereich und einem „Motor für Flüssigkeitsströme“. Im sensorischen Bereich spielen die Zilien eine Rolle bei der Mechanorezeption, dem Geruch, der Lichtwahrnehmung, bei Chemo- und Thermorezeptoren sowie bei der Überwachung des osmotischen Drucks. Die Funktion „Motor für Flüssigkeitsströme“ besteht intra- und extrazellulär, hat Einflüsse z. B. beim Flüssigkeitstransport in der Niere oder den Atemwegen (Flimmerepithel). Daraus lässt sich die Potenz der Beteiligung von Ziliopathien an vielen Krankheiten erahnen. Funktionsstörungen der Zilien machen sich meist schon in der embryonalen Entwicklung bemerkbar. Bei der Stammzellforschung an Zellen von Maus und Mensch wurde die Ausbildung eines primären Ziliums beobachtet. Dieses primäre Zilium ist an elementaren Signalübertragungswegen wie dem Hedgehog (Hh)-, Wnt-, PDGF- und FGF-Signalweg beteiligt. Das Fehlen von Zilien an den sich differenzierenden Zellen scheint eher die Ausnahme zu sein. Das Vorhandensein eines intakten und sich auch differenzierenden Zilienapparates scheint für Zelllinienentwicklung unabdingbar zu sein, da primäre Prozesse der interzellulären Signalübertragungswege davon abhängig sind. Erkenntnisse dazu liegen bisher in Versuchen mit vor allem Mäusen und den bei Aquarianern beliebten Zebrafischen vor. Störungen im Hedgehog-Signalweg führen zu Defekten des Neuralrohrs oder der Fehlentwicklung von Gliedmaßen (Shh-Unterform). Beeinträchtigungen im Wnt-Signalweg führen ebenfalls zum Neuralrohrdefekt und zu Veränderungen an den Stereozilien im Innenohr. Bei weiteren Signalwegstörungen führen Veränderungen am GPCR zur Ausbildung des Laurence-Moon-Biedl-Bardet-Syndroms. Die Ausbildung einer polycystischen Niere steht im Zusammenhang u. a. mit dem zilienabhängingen PDGF-Rezeptor-α. Störungen der Mechanorezeption wurde bei Veränderungen im Bereich der Calcium- und cAMP-gesteuerten Antworten gefunden und führten zu Rechts-Links-Störungen (z. B. Situs inversus) und polycystischen Nieren.
Ziliopathien werden überwiegend mit Proteinen assoziiert, bisher wurden ca. 2.500 identifiziert, die den Zilien selber oder Zentrosomen zugeordnet werden. Es ist möglich, dass auch andere Proteine, wie beispielsweise XPNPEP3, das in Mitochondrien lokalisiert ist, vermutlich proteolytische Veränderungen an den Zilienproteinen, und damit Störungen, auslösen.
Erkrankungen Weitergehende Erkenntnisse dieser Erkrankungsgruppe wurden erst seit Mitte der 1990er Jahre gewonnen, wenngleich viele Funktionen dieser Zellorganellen in den verschiedenen Geweben noch unklar sind. Ein Forschungsschwerpunkt war und ist die Frage, warum Störungen der Zilien so schwere Erkrankungsbilder auslösen können. Da Zilien an nahezu jeder Zelle sitzen und dort ähnliche Aufgaben übernehmen, überlappen sich die Symptome von Erkrankungen häufig und es werden oft übereinstimmende Mutationen an gleichen Genorten gefunden, die Kombination der Mutationen ergibt andere und/oder zusätzliche Syndrombilder
In gesunden Organismen sind besonders „zilienkritische“ Bereiche: allgemeine Entwicklung Homöostase Zeugungsfähigkeit
Bekannte Ziliopathien
Bezeichnung **-Nummer Gen/e System/Organe Alström-Syndrom, 203800 ALMS1 Laurence-Moon-Biedl-Bardet-Syndrom 209900 BBS1, BBS2, ARL6, BBS4, BBS5, MKKS, BBS7, TTC8, BBS9, BBS10, TRIM32, BBS12 Joubert-Syndrom 213300 INPP5E, TMEM216, AHI1, NPHP1, CEP290, TMEM67, RPGRIP1L, ARL13B, CC2D2A, BRCC3 Gehirn Meckel-Syndrom 249000 MKS1, TMEM67, TMEM216, CEP290, RPGRIP1L, CC2D2A Leber, Herz, Knochen Nephronophthisis 256100 NPHP1, INVS, NPHP3, NPHP4, IQCB1, CEP290, GLIS2, RPGRIP1L Niere Oro-fazio-digitales Syndrom Typ 1 311200 OFD1 Senior-Løken-Syndrom 266900 NPHP1, NPHP4, IQCB1, CEP290, SDCCAG8 Auge Zystenniere 173900 PKD1, PKD2, PKHD1 Niere Kartagener-Syndrom/Primäre Ciliäre Dyskinesie 244400 DNAI1, DNAH5, TXNDC3, DNAH11, DNAI2, KTU, RSPH4A, RSPH9, LRRC50
Memo: auf der englischsprachigen Seite der Wikipedia sind alle Links zu den Genorten vorhanden
Andere, gesicherte Ziliopathien Fehlgeburt (einige Fälle) Hydrocephalus (einige Fälle) Kranioektodermale Dysplasie Retinopathie (einige Formen) Zystenleber
Vermutliche Ziliopathien Vor allem Badano formuliert in seiner Übersichtsarbeit von 2006 für diese Erkrankungen bzw. partiell für die recht global gehaltenen Symptome eine Ziliopathie als mögliche Ursache:
(Literaturstand bis 2008, bis Ende 2011 keine gesicherte Bestätigung über eine PubMed-Recherche gefunden) Corpus-callosum-Agenesie Anencephalie Störungen der Atmung Vermishypoplasie hypoplasia Dandy-Walker-Fehlbildung Diabetes mellitus Ellis-van-Crefeld-Syndrom Exencephalie Augenbewegungsstörungen Lebererkrankungen Hypoplasie des Corpus callosum Hypotonie Unfruchtbarkeit Jeune-Syndrom (Asphyxierende Thoraxdysplasie) juvenile myoklonische Epilepsie (JME) mentale Retardierung/Entwicklungsstörung Adipositas Polydactylie posteriore Enzephalozele Störungen der Atmungsorgane wiederkehrende Atemwegsinfektionen Zystenniere Retinitis pigmentosa (einige Formen) Die Publikation von Khanna suggeriert, dass manche Formen der RP mittlerweile doch eher als bestätigte Ziliopathien anzusehen sind Schwerhörigkeit Situs inversus Spina bifida Marden-Walker Syndrom
Einzelnachweise Ciliaproteome V3.0; abgerufen am 15. Juni 2012.