Dominant de novo gain of function variants of the CACNA1D gene can cause complex clinical syndromes with varying manifestations: from autism-spectrum disorders, epileptic seizures and other neurological symptoms like severe neurodevelopmental disorders and generalized muscular hypotonia to endocrine disorders such as primary aldosteronism or hyperinsulinemic hypoglycemias. In this dissertation, two children are clinically characterized, one of whom is a 37-month-old boy with a de novo variant (c.3506G>A, NM_000720.4; p.Gly1169Asp) of the CACNA1D gene. His primary symptoms were a generalized tremor that started during intrauterine development in the third trimester of the pregnancy, alongside a developmental and epileptic encephalopathy, congenital respiratory insufficiency, sensorineural deafness and a severe bilateral impairment of the optic nerve conductance. Following a marked delay in reaching even the most rudimentary developmental milestones, the boy contracted a life-threatening SARS-CoV-2-infection at the age of 19 months. As a result, there was a developmental regression with a developmental cessation since that age. Despite episodes of hypoglycemia, insulin levels were normal. Aldosterone: renin ratios as a screening parameter for primary aldosteronism were variable and did not provide any definite evidence of primary hyperaldosteronism. A low G1169D variant allele frequency of 17 % in the second patient is likely due to mosaicism. This child was significantly less affected by similar symptoms. Patch-clamp electrophysiology of the G1169D variant in a heterologous expression system revealed activity-enhancing gating changes, including the most pronounced shifts of channel activation and inactivation to more hyperpolarized potentials observed until now. Furthermore, biophysical characterization revealed significantly delayed inactivation and deactivation kinetics as well as a strong increase in window currents. Pharmacological testing in the same cell model revealed the G1169D variant´s preserved sensitivity to the calcium channel blocker isradipine, implying a potential path for future therapeutic trials.
De novo dominante Gain-of-Function-Mutationen des CACNA1D-Gens verursachen komplexe Erkrankungsbilder, die sich teils stark voneinander unterscheiden. Beschrieben sind u.a. Autismus-Spektrum-Erkrankungen, epileptische Anfälle oder andere neurologische Symptome wie eine globale Entwicklungsstörung oder eine generalisierte Muskelhypotonie. Dazu können endokrine Störungen wie ein primärer Hyperaldosteronismus oder hyperinsulinämische Hypoglykämien auftreten. In dieser Arbeit werden zwei Kinder klinisch charakterisiert, einer von ihnen ist ein Junge, der eine bisher nicht beschriebene de novo Variante des CACNA1D-Gens (c.3506G>A, NM_000720.4; p.Gly1169Asp; G1169D-Variante) aufweist. Als Hauptsymptome zeigt er einen bereits intrauterin aufgetretenen Tremor, eine epileptische Enzephalopathie mit globaler Entwicklungsstörung, eine kongenitale respiratorische Insuffizienz, die von Geburt an für viele Monate eine Atemunterstützung mit CPAP erforderte, eine sensineuronale Taubheit und eine schwere Leitungsstörung der Nervi optici. Nach dem stark verzögerten Erreichen von Entwicklungsmeilensteinen, erkrankte der Junge im Alter von 19 Monaten schwer an einer SARS-CoV-2-Infektion. In der Folge kam es zu einem Entwicklungsregress und im Weiteren zum Stillstand der gesamten Entwicklung. Bezüglich der endokrinen Funktion fielen beim Patienten rezidivierende Hypoglykämien auf, jedoch ohne eine signifikante Insulinerhöhung. Eindeutige Hinweise auf einen primären Hyperaldosteronismus ergaben sich aus den laborchemischen Untersuchungen nicht. Der andere Patient, weist die G1169D-Variante mit einer Allelfrequenz von 17 % a.e. als Mosaik auf; entsprechend milder zeigte sich der klinische Verlauf bisher. Durch elektrophysiologische Untersuchungen der G1169D-Variante mittels Patch-Clamp-Verfahren in einem heterologen Expressionssystem konnten eindeutige Hinweise für ein verändertes Ca2+-Kanal-Gating im Sinne eines Gain-of-Function aufgezeigt werden: Die Messungen ergaben die stärksten bisher beschriebenen Linksverschiebungen der Aktivierungs- und Inaktivierungskurven, sowie eine starke Zunahme des Hintergrund-Ca2+-Einstroms und eine deutliche verzögerte Ca2+-Kanaldeaktivierung und -Inaktivierung. Die G1169D-Variante spricht in vitro auf den Ca2+-Kanal-Antagonisten Isradipin mit einer dem Wildtyp vergleichbaren Sensitivität an. Isradipin wäre damit eine potenzielle Substanz, die im Rahmen eines zukünftigen individuellen Heilversuches als Off-Label-Therapie Anwendung finden könnte.
