Die autosomal rezessive Cutis laxa Typ 2A (ARCL2A, auch Wrinkly Skin Syndrome) ist assoziiert mit einer faltigen Haut, einer Pflasterstein-Lissenzephalie, einer Entwicklungsverzögerung, epileptischen Anfällen und einem angeborenen Glykosylierungsdefekt. ARCL2A resultiert aus loss of function-Mutationen in ATP6V0A2. Dieses Gen kodiert für die Untereinheit a2 der V0-Domäne der vakuolären ATPase (v-ATPase), die diesen Proteinkomplex zum Golgi-Apparat und den frühen Endosomen rekrutiert. In diesen Organellen transportiert die v-ATPase Protonen durch die Membran und säuert diese an. Außerdem reguliert a2 über eine Interaktion mit ARNO oder anderen Interaktionspartnern den Vesikeltransport. Um die Rolle dieser Funktionen der Atp6v0a2-v-ATPase im Pathomechanismus der ARCL2A zu unterscheiden, wurden ein Knockout-Mausmodell (Atp6v0a2-/-) und ein Knockin-Mausmodell (Atp6v0a2RQ/RQ) vergleichend charakterisiert. Während im Atp6v0a2-/- das Protein fehlt, wurde im Atp6v0a2RQ/RQ die Aminosäure Arginin 755 durch ein Glutamin ersetzt. Durch dies Veränderung kann a2 keine Protonen transportieren, steht aber für Proteininteraktionen zur Verfügung. Beide Mausmodelle rekapitulierten die klinischen Merkmale der ARCL2A. Die Haut zeigte einen Cutis laxa-Phänotyp durch eine Reduktion der Dicke der Dermis und elastischen Fasern. Dies war verbunden mit Veränderungen im TGF-β-Signalweg und der N-Glykosylierung mit Betonung im Atp6v0a2-/-. Im Gehirn bestand eine Übermigration kortikaler Neuronen im Neokortex, welche mit einer verminderten O-Glykosylierung von a-Dystroglykan korrelierte und im Atp6v0a2RQ/RQ stärker ausgeprägt war. Zusätzlich entstanden eine Astrogliose und Krampfanfälle durch eine neuronale Speicherkrankheit. Diese Speicherkrankheit steht vermutlich im Zusammenhang mit einer Dysregulation der Lipid-Homöostase, des endosomalen Transports und der Autophagie in Neuronen. Beide Mausmodelle zeigten eine männliche Infertilität aufgrund einer Globozoospermie mit Fehlbildung des Akrosoms und immobilen Spermien. Die akrosomale Fehlbildung war im Atp6v0a2-/- verstärkt. Zellbiologische Untersuchungen anhand von embryonalen Fibroblasten zeigten eine Erhöhung des pH-Werts im Golgi-Apparat ausgeprägt im Atp6v0a2RQ/RQ, während der retrograde Transport im Golgi-Kompartiment vom Atp6v0a2-/- stärker beeinträchtigt war. Eine Akkumulation von Cholesterin in den Zellen beider Mauslinien gab einen Hinweis auf eine Störung der endosomalen Funktion. Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass die verschiedenen Funktionen von a2 eng miteinander verknüpft sind. Jedoch ergaben sich Hinweise, dass im Atp6v0a2-/- die N-Gykosylierung und im Atp6v0a2RQ/RQ der vesikuläre Transport stärker gestört sind. Dies korrelierte mit dem Haut- und Gehirnphänotyp, woraus sich eine größere Sensitivität der Neuronen für den gestörten Vesikeltransport im Atp6v0a2RQ/RQ ableiten ließ.
Autosomal recessive cutis laxa typ 2A (ARCL2A, or Wrinkly Skin Syndrome) is associated with wrinkled skin, cobblestone lissencephaly, developmental delay, epileptic seizures and a congenital disorder of glycosylation. ARCL2A results by loss of function mutations in ATP6V0A2. This gene encoded the a2 subunit of V0 of the vacuolar ATPase (v-ATPase), targets this protein complex to Golgi apparatus and endosomal compartments. The V-ATPase acidifies these organelles by proton transport through the membrane. Additionally, a2 regulates vesicle trafficking about interactions by ARNO or other interacting proteins. To differentiate the role of these functions of Atp6v0a2-v-ATPase to the pathomechanism of ARCL2A, a knockout mouse model (Atp6v0a2-/-) and a knockin mouse model (Atp6v0a2RQ/RQ) were comparitively characterized. While the a2 subunit-containing v-ATPase cannot be formed in Atp6v0a2-/-, in Atp6v0a2RQ/RQ results in a stable a2 subunit incapable of proton transport, which is however available for protein interactions. Both mouse models recapitulated clinical features of ARCL2A. The skin showed a cutis laxa phenotype with reduced thickness of the dermis and elastic fibers. This was associated with a change in the TGF-β signaling and N-glycosylation with an emphasis in Atp6v0a2-/-. The brain showed an overmigration of cortical neurons in neocortex correlated with a decreased O-glycosylation of a-dystroglycan which was more pronounced in Atp6v0a2RQ/RQ. In addition, astrogliosis and seizures were caused by a neuronal storage disease. This storage disease is presumably related to dysregulation of lipid homeostasis, endosomal transport and autophagy in neurons. In both mouse models, male infertility due to globozoospermia with abnormal acrosome formation and immobile sperms. The acrosomal malformation was more impaired in Atp6v0a2-/-. Cell biological investigations using embryonic fibroblasts showed increase in pH-value in the Golgi apparatus pronouncedly in Atp6v0a2RQ/RQ, while retrograde transport in Golgi compartment was strongly affected by Atp6v0a2-/-. An accumulation of cholesterol in cells of both mouse models was an indication of a disturbance of endosomal function. However, there was evidence that N-gycosylation is severely impaired in Atp6v0a2-/- and vesicular transport is more disrupted in Atp6v0a2RQ/RQ. This correlated with skin and brain phenotype, from which a greater sensitivity of the neurons for the disturbed vesicular transport in the Atp6v0a2RQ/RQ can be deduced.
