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. 2021 Apr 30;100(Suppl 1):S1–S43. doi: 10.1055/a-1349-3824

Embryology, Malformations, and Rare Diseases of the Cochlea

Athanasia Warnecke 1,2,, Anja Giesemann 3
PMCID: PMC8354575  PMID: 34352899

Abstract

Despite the low overall prevalence of individual rare diseases, cochlear dysfunction leading to hearing loss represents a symptom in a large proportion. The aim of this work was to provide a clear overview of rare cochlear diseases, taking into account the embryonic development of the cochlea and the systematic presentation of the different disorders. Although rapid biotechnological and bioinformatic advances may facilitate the diagnosis of a rare disease, an interdisciplinary exchange is often required to raise the suspicion of a rare disease. It is important to recognize that the phenotype of rare inner ear diseases can vary greatly not only in non-syndromic but also in syndromic hearing disorders. Finally, it becomes clear that the phenotype of the individual rare diseases cannot be determined exclusively by classical genetics even in monogenetic disorders.

Key words: rare diseases, cochlea, embryology of the inner ear, cochlear malformations

Introduction

The cochlea is a highly complex microsystem. In its completely developed stage, it consists of the spiral ganglion (neuronal tissue supported by satellite cells), the organ of Corti (neuroepithelium for sensory perception), the stria vascularis (highly vascularized epithelium that is responsible for ion transportation), and the otic capsule (specialized bony tissue). Although the cochlea was initially considered an immune privileged organ, the immune system (endolymphatic sac) also contributes to the hearing process. Subsets of tissues in the cochlea are also found in other organ systems. For example, the brain, as well as cranial and peripheral nerves have a comparable network structure of neurons and glial cells; a complex and highly structured sensory epithelium such as the organ of Corti is also found in the retina; the stria vascularis and the renal corpuscles are both metabolically highly active tissues that maintain ionic balance. These structural similarities of the cochlea and other tissues are reflected in the clinical observation that many diseases of the inner ear may also affect other organ systems.

Diseases of the cochlea are usually associated with hearing loss. Even if the degree of hearing loss can be well assessed subjectively and objectively, the actual cause of hearing loss remains unknown in most cases. Frequently, rare diseases that affect cochlea are often undiagnosed and represent a particular challenge because many are unknown to most general practitioners and specialists.

Amongst diseases affecting the cochlea, Many diseases of the cochlea are classified as rare (see Table). In recent years, modern molecular biological procedures could define the cause and pathophysiology of most rare diseases. Investigating rare diseases on a molecular level led to the identification of novel mechanisms underlying the pathophysiology of cochlear dysfunction and leading to the discovery of new therapeutic interventions.

The present article summarizes all rare diseases to the authors known where primary involvement of the cochlea resulting in sensorineural hearing loss is present (summarized in Table 1 ). Further rare diseases occurring primarily in other organ systems of the field of oto-rhino-laryngology that may also affect the cochlea are described in other articles of this publication (Weiss NM, Rare diseases of the middle ear and the lateral skull base; Scherl C, Rare diseases of the head and neck part III: salivary glands and facial nerve; Dlugaiczyk J, Rare diseases of the vestibular labyrinth: of zebras, chameleons, and wolves in sheep’s clothing). The table organizes the diseases based on their pathophysiology or pathogenesis and gives a systematic overview.

Table 1 Rare diseases of the cochlea.

Name Cause Gene Inheritance Incidence Therapy Symptoms Annotations
Autoimmune-mediated inner ear diseases
Cogan syndrome Autoantibody-mediated (?) vasculitis with systemic manifestation 127 - - About 300 cases worldwide 127 Corticosteroids, cyclophosphamide, methotrexate, mycophenolate mofetil, azathioprine, infliximab 127 Non-syphilitic interstitial keratitis (IK) with audiovestibular Menière-like symptoms 127 ; typical and atypical types are described: in atypical types, the eye involvement manifests with non-IK inflammatory ocular symptoms Max. 2 years between the affection of both organs (eye and inner ear) 127 ; is considered as vasculitis 117
Muckle-Wells syndrome Excessive release of IL1beta 128 NLRP3 128 aut. dom. 128 1–3:1,000,000 Anakinra 128 Fever, skin rash, musculo-skeletal symptoms and conjunctivitis. Progressive sensorineural hearing loss and kidney failure 128 Belongs to the group of CAPS (cryopyrin-associated periodic syndrome); Muckle-Wells syndrome, FCAS (familial cold auto-inflammatory syndrome) and NOMID (neonatal onset multisystem inflammatory disorder) have a common causative gene defect (NLRP3)
Neonatal onset multisystem inflammatory disease (NOMID) Excessive release of IL1beta 129 CIAS1/NLRP3 129 aut. dom. 129 Very rare, 100 cases have been described worldwide 129 Anakinra 129 Skin rash, chronic meningitis, fever, joint inflammation 129
Relapsing polychondritis Autoimmune-mediated inflammation of cartilage 130 Multifactorial etiology 130 1:285,000 130 Glucocorticoids 130 Cartilage inflammation, uveitis, vasculitis, hearing loss in 50%, vertigo 130
Vogt-Koyanagi-Harada disease T cell mediated destruction of melanin-containing tissue 131 - - 1:400,000 131 Glucocorticoids 131 Uveitis, alopecia, meningism 131
Vascular
Behçet’s syndrome Vasculitis, HLA-B51-associated (?) - - Regional differences, 1:100,000 in Germany Symptom-based, steroids, non-steroidal antiphlogistics 132 Recurrent oral aphthae, genital ulcers, eye and skin lesions 132 Kidneys and peripheral nerve system are very rarely affected
Eosinophilic granulomatosis with polyangiits (‘EGPA; formerly: Churg-Strauss syndrome) Allergic granulomatosis with polyangiitis, antinuclear cytoplasmic antibody-associated vasculitis 133 134 - - 2.4:1,000,000 High-dose glucocorticoids, cyclophosphamide, zafirlukast (leukotriene antagonist) 134 135 , mepolizumab (anti-interleukin-5 antibody) 136 Blood eosinophilia, heart failure, allergic rhinitis, asthma, vasculitis with involvement of the skin, heart, lung, gastrointestinal tract, neural system 133 134 136 Triphasic disease, manifestation in the inner ear in the 3 rd phase is rarely observed 133 , EGPA is classified as ANCA-associated vasculitis among minor vessel vasculitis
Generalized arterial calcification in infants Calcium deposits in the arteries 137 ENPP1, ABCC6 137 Aut. rec. 137 1:391,000 137 Bisphosphonates 137 Heart failure, stroke, pseudoxanthoma elasticum 137 Also conductive hearing loss 137
Hereditary hemorrhagic telangiectasia (Weber-Osler-Rendu disease) Vascular dysplasia, arterio-venous fistulas/malformations 138 Chromosomes 9q and 12q 138 Aut. dom 138 1–2:100,000 138 Vascular malformation of multiple organs (kidney, gastrointestinal tract, liver, lung, brain), recurrent epistaxis as most frequent symptom
Kawasaki disease Necrotizing vasculitis 139 140 Unknown, corona virus (?) >300,000 cases have been described worldwide 139 Intravenous application of immunoglobulins, aspirin Fever, skin rash, conjunctivitis, cardiac complications Appears nearly exclusively in children
Norrie disease Disorder of the angiogenesis of eye and inner ear 141 NDP 141 X-linked More than 400 cases have been described worldwide Retinal detachment and progressive hearing loss 141
Susac’s syndrome CD8 T cell-mediated autoimmune-microangiopathic endotheliopathy 142 - - Slightly more than 300 cases have been described worldwide 142 Anti-platelet medicine, anti-coagulants, immunosuppressive treatment with e.g., cyclophosphamide, intravenous immunoglobulins, mycophenolate mofetil, azathioprine, methotrexate, natalizumab 142 Visual field loss, visual loss, neurological symptoms, cephalgia 142
Granulomatosis with polyangiitis (GPA; formerly: Wegener’s granulomatosis) Autoimmune vasculitis 143 - - 1:6,400 143 Glucocorticoids, rituximab 143 Sinusitis, tracheal stenosis, kidney failure, pneumonia, mastoiditis 143 ANCA+ 143
Malformations
Labyrinthine aplasia Complete aplasia, when the development is disturbed before or at the beginning of the 3 rd week of gestation; may also be thalidomide-induced 144 145 Increased risk in cases of consanguine parents 146 2% of all inner ear malformations ABI Facial nerve paresis or weakness 146 Synonym: Michel deformity, Michel aplasia, bony canal of the internal carotid artery may be missing 146
Otocyst deformity Developmental arrest in the 3 rd week of gestation 146 Increased risk in cases of consanguine parents 1% of all inner ear malformations ABI Congenital deafness, possible facial nerve palsy or weakness 146 Synonym: common cavity (according to Jackler)
Cochlear aplasia 5% of all inner ear malformations 100 CI, ABI 100 Congenital deafness Speech understanding with CI is possible 100
Cochlear hypoplasia (isolated) Frequently occurs in BOR syndrome 108 13% of all inner ear malformations 108 CI Deafness, high-grade hearing loss Broad spectrum, nearly normal form up to a small basal cyst 108
Complete aplasia of the semicircular canals (includes hypoplastic cochlea and small vestibule with saccule) 147 Often associated with CHARGE; single case reports with e.g., Wildervanck, Noonan, Goldenhar, or VACTERL* 148 16% of all inner ear malformations CI Deafness, high-grade hearing loss 147 Main criterion of CHARGE
Incomplete partition type 2 (IPT2) 21% of all inner ear malformations 149 CI Deafness, high-grade hearing loss Mondini malformation in the actual sense 149
Incomplete partition type 1 (IPT1) FOXF2 150 9% of all inner ear malformations 149 CI Deafness, high-grade hearing loss Synonym: common cavity (E. Cock); cystic cochleovestibular malformation, figure-8 deformity
X-linked deafness (inner ear malformation called IPT3) Different mutations of POU3F4 89 POU3F4 3% of all inner ear malformations Hearing aids, CI 151 Variable hearing loss Synonym: gusher, IPT3 – even if it is not in line with other incomplete partitions; often associated with hamartoma of the tuber cinereum 92
Modiolus aplasia 1% of all inner ear malformations 110
Hypoplasia or aplasia of the vestibulocochlear nerve or isolated of the cochlear nerve Mostly combined with severe inner ear malformations 110
* VACTERL describes an association of congenital malformations that has at least three of these symptoms: esophageal atresia, kidney malformation, heart defect, vertebral defects, anorectal malformations, and radial extremity malformations
Chromosomal
3p deletion syndrome Deletion of the short arm of chromosome 3 152 153 Chromosome 3 152 153 De novo 152 153 Very rare Microcephaly, triangular shape of the face, flat occiput, hypertelorism, polydactyly, cryptorchidism, renal and cardiac defects 152 153
10p deletion syndrome Deletion of the short arm of chromosome 10 154 Chromosome 10 154 Very rare, about 50 cases are known 135 Craniofacial malformations, growth disorders, congenital heart defects, hypoparathyroidism, immunodeficiency, mental retardation 154 Haploinsufficiency 10p15 causes also HDR1 syndrome 155
Cri-du-chat syndrome, 5p deletion syndrome Deletion of the short arm of chromosome 5 156 Haploinsufficiency of various genes, e.g., TERT, MARCH6, CTNND2, and SLC6A3 on chromosome 5 156 De novo 156 1:15,000–1:50,000 156 High-frequency cry (cri-du-chat), microcephaly, facial dysmorphia, delayed speech acquisition, mental disability 156 Most frequent chromosomal defect 156 , neural hearing loss 157
DiGeorge anomaly 154 , chromosome 22q11.2 deletion Haploinsufficiency of DiGeorge syndrome critical region gene 2 (DGCR2) 155 DGCR2, centromere deletion of chromosome 10, 22q11.2 deletion 154 158 1:4,000 158 Allogenic thymus tissue transplantation 159 Thymus aplasia, congenital developmental disorder, T cell deficiency, hypocalcaemia, cardiovascular malformation, facial dysmorphia 154
Cat eye syndrome, Schmid-Fraccaro syndrome Anomaly of chromosome 22, 22 160 161 Chromosome 22 160 161 Aut. dom. (160, 161] 1:100,000 160 161 Symptom-based, experimental: GNE-886, selective inhibitor of the cat eye syndrome chromosome region candidate 2 bromodomain 162 Coloboma, anal atresia, heard defects, preauricular tags 160 161
Mosaic trisomy 9 Partial trisomy 163 164 165 Chromosome 9 163 164 165 Growth retardation, muscular weakness, mental disability, microcephaly, micrognathia, characteristic palpebral fissures, skeletal anomalies, microphthalmia, cleft palate, hydrocephalus 163 164 165 Partly very mild courses that remain undiagnosed 163
Mosaic trisomy 22 Partial trisomy 166 167 Chromosome 22 166 167 Mental disability, growth disorders, failure to thrive, craniofacial asymmetry, microcephaly, brachycephaly, hypoplasia of the midface, preauricular tags, flat nose, micrognathia, cleft palate 166 167 Overlapping with cat eye syndrome?
Pallister-Killian mosaic syndrome Chromosome duplication (12p) 168 150 cases worldwide 168 Muscular hypotonia and telecanthus 168
Smith-Magenis syndrome 169 17p11.2 deletion 169 RAI1 169 1:15,000 169 Brachycephaly, broad square-shaped face, hypotonia, sleep disorder, self-injury 169 Initially conductive hearing loss, the progressive sensorineural hearing loss at the age of 10 years
Trichorhinophalangeal syndrome type II Chromothripsis, chromosome deletion (q8) 170 TRPS1, EXT1 170 <60 worldwide 170 Thin hair, short stature 170 Langer-Giedion syndrome 170
Metabolic diseases
Acyl-Co-A dehydrogenase deficiency (Schindler syndrome) Lactate acidosis, mitochondrial disease of the complex I concerning the respiratory chain 171 ACAD9 171 172 Aut. rec. 171 Very rare, 24 patient from 12 families have been described up to 2016 172 Riboflavin substitution is effective in some patients 171 172 Neurological, muscular, hepatic, and cardiac manifestation 171 172
Alpha galactosidase deficiency (Fabry’s disease) Lysosomal storage disease, glycol-sphingolipid catabolism 173 X-chromosomal 1:40,000–1:117,000 Agalsidase beta (enzyme substitution) 174 Progressive kidney disease, cardiomyopathy, cerebrovascular complications, neuropathic pains, apoplexy 173 Atrophy of the organ of Corti, stria vascularis, and the spiral ligament in 2 post-mortem analyses 173
Alpha mannosidosis Deficiency of the lysosomal alpha D mannosidase MAN2B1 Aut. rec. 1:500,000 135 Velmanase alpha (Lamzede®) by Chiesi 175 176 Recurrent infections, muscular weakness, skeletal and facial deformities, ataxia, hepatosplenomegaly, hydrocephalus, macroglossia, prognatism, strabism, hyperopia or myopia; immune deficiency, hypersomnia, psychiatric diseases, mental disability 135 177 Lysosomal storage disease; different subtypes, severity and age at disease onset 135 177
Biotinidase deficiency Disorder of all mitochondrial caboxylases 178 BTD 178 Aut. rec. 178 1:50,000 178 Biotin substitution Seizures, muscular weakness, ataxia, developmental delay, visual loss, alopecia, skin rash 178 Neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSDs) Holocarboxylase synthetase (HCLS) deficiency; incidence of 1:200,000
Brown-Vialetto-van-Laere syndrome (riboflavin transporter deficiency) Deficiency of riboflavin transporter proteins SLC52A2, SLC52A3{179] Aut. rec. 179 Less than 100 cases are known 179 Riboflavin substitution 180 Progressive pontobulbar paralysis, respiratory insufficiency, muscular weakness, facial nerve palsy, ptosis, dysphagia, and ataxia 179
Camurti-Engelmann syndrome, diaphyseal hyperostosis or sclerosis Permanent activity of the transforming growth factor beta 1 causing increased bone density and reduced fat and muscle tissue 181 182 183 184 TGFB1 181 182 183 184 Aut. dom. 181 182 183 184 >300 cases are described worldwide 185 Experimental approaches with TGF beta receptor antagonists 185 Hyperostosis of the long bones, diffuse thickening of the skull base, ophthalmopathy, cephalgia, vasculopathy, pains, muscular weakness 181 182 183 184 Craniotubular bone disease, progressive stenosis of the internal auditory canal 183 186
Chanarin-Dorman syndrome Abhydrolase deficiency and lacking activation of fat triglyceride lipase 187 ABHD5 187 Aut. rec. More than 128 known cases Symptom-based, fat-free diet Congenital ichthyosiform erythroderma, hypothyroidism, neurological symptoms, liver function disorder, cataract, ectropion 187 Neutral lipid storage disease with ichthyosis
Craniometaphyseal dysplasia Inhibition of the regulated bone remodeling by extracellular pyrophosphate accumulation 188 ANKH, GJA1 Aut. rec. or aut. dom. Very rare Symptom-based Hypertelorism, dolichocephaly, proptosis, prominent mandible, thickening of the skull bone, retarded dentition 188 189 190
Familial hypophosphatemia Phosphate loss due to increased secretion of the phosphaturic hormone fibroblast growth factor 23 191 X-chrom., more rarely aut. rec., aut. dom. 191 192 3:100,000 for X-linked Symptom-based, phosphate and vitamin D Rickets, abnormal gait, deformity of the lower extremities, retarded growth, dental abscesses 191
Farber lipogranulomatosis Lysosomal storage disease, acid ceramidase deficiency 193 194 ASAH1 193 194 Aut. rec. 193 194 201 cases were known in 2018 Symptom-based Subcutaneous nodes, deformed joints, progressive hoarseness, special types of muscle atrophy and progressive myoclonal epilepsy 193 194
Fibrodysplasia ossificans progressive Heterotopic ossifications 195 196 ACVR1/ALK2 195 196 Aut. dom. 195 196 1:2,000,000 195 196 Symptom-based 195 196 Missing nails, progressive heterotopic ossification, hypoplasia of the brainstem, cognitive and motor developmental disorders
Fibrous dysplasia (Jaffe-Lichtenstein syndrome) Disorder of the osteogenesis due to overproduction of cAMP, phosphorylation CREB and activation of cAMP-depending protein kinase (PKA) 135 GNAS Non-hereditary Unknown Bisphosphonates Exchange of normal bone and bone marrow with fibrous connective tissue and immature trabecular bone 135 Often conductive but sometimes also sensorineural hearing loss 135
Kernicterus Deposit of unconjugated bilirubin 135 Sporadic Often occurs in premature births Hyperbilirubinemia 135 Neural and central hearing loss 135
Congenital disease of the glycosylation Defect biosynthesis of glycanes Several genes 197 Aut. rec., rarely x-linked Less than 100 cases per type 198 Symptom-based, mannose or D galactose supplementation 198 Multisystem manifestation, neurological symptoms, mental disability, cardiomyopathy, edema, facial deformities 198 More than 130 types are described 198 , defect N, O, and combined N and O glycosylation as well as lipid glycosylation 199
Leigh syndrome (infantile necrotizing encephalopathy) Congenital lactate acidosis, pyruvate dehydrogenase deficiency PDHA, pyruvate dehydrogenase (E1) a subunit 200 201 X-linked 200 201 1:40,000–70,000 High-dose thiamine substitution 200 201 Peripheral neuropathies, chorea, Parkinson-like symptoms, cognitive deficits, necrotic lesions in the brain, hypertrophic cardiomyopathy 200 201
Mucopolysaccharidosis type 1 (formerly: Hurler or Scheie syndrome) Lysosomal storage disease 202 NEU1 202 Aut. rec. 202 1:42,000,000 202 Ataxia, myoclonus, progressive visual loss 202
Mucopolysaccharidosis type II (Hunter) IDS 203 X-linked, recessive 203 0.5–1:100,000 203 Symptom-based, enzyme substitution therapy Coarse facial features, skeletal deformities and stiff joints, growth retardation with hyposomia, impairment of respiration and heart including diffuse valvulopathy, inguinal and umbilical hernia, hepatosplenomegaly, neurological involvement in at least two third of the cases, adeno-tonsillar hypertrophy, obstructive sleep apnea, retinal degeneration 203 Lysosomal storage disease
Niemann-Pick-C syndrome 204 Lysosomal storage disease; disturbed cholesterol and fatty acid transport 204 NPC 1; NPC 2 204 Aut. rec. 1:100,000–250,000 204 Progressive neurodegeneration, hepatomegaly 204 Mild to high-grade hearing loss, also neuropathy
NGLY1 deficiency Inability to remove N-glycan 205 NGLY1 205 Aut. rec. <63 patients worldwide - Neuropathy, corneal ulcerations, dystonia
Oculo-auriculo-vertebral dysplasia (Goldenhar syndrome) 206 Unknown - 1:30,000–1:40,000 206 Unilateral malformation of cheekbones, jaw, mouth, ears, eyes, and/or vertebrae 206 Part of Goldenhar syndrome, aural atresia, internal auditory canal may be malformed 206
Primary distal renal tubular acidosis (distal RTA, type) Proton pump subunit B1 is also expressed in the stria vascularis 207 ; some patients also have an enlarged vestibular aqueduct ATP6V1B1;ATP6V0A4 207 Aut. rec. - Correction of metabolic deficits 207 Metabolic acidosis and osteomalacia 207 Hearing loss is variable and is often not regressive under alkali therapy
Pompe disease (glycogenosis type 2) Glycogen deposits in muscles 208 GAA 208 Aut. rec. 208 1:40,000 208 Congenital or progressive muscular weakness, respiratory insufficiency 208 Mild hearing loss, possible stapedius muscle weakness 208
Refsum disease Failure of metabolism of phytanic acid 209 210 211 PHXH; PEX7 209 210 211 Aut. rec. 1:1,000,000 209 210 211 Retinitis pigmentosa, ichthyosis, anosmia 209 210 211 Onset of the symptoms at an age of 10–20 years; mild to high-grade hearing loss, also neuropathy 209 210 211 , Bamiou et al.
Rogers syndrome; thiamin responsive megaloblastic anemia Thiamin pyrophosphokinase deficiency 212 213 ; highly-affine thiamin transporter SLC19A2 212 213 Aut. rec. 212 213 Less than 80 cases are known 175 Thiamin substitution 212 213 Diabetes mellitus, megaloblastic anemia 212 213 Thiamin pyrophosphokinase=highly affine thiamin transporter
Schindler syndrome Lysosomal storage disease 214 NAGA 214 Aut. rec. 214 <1:200,000 214 Progressive neurodegeneration with hypotonia and telangiectasias in the adult type 214
Keratoses and ichthyoses
Autosomal recessive congenital ichthyosis Non-syndromic keratin disorder due to mutation of genes that regulate the keratinocyte differentiation Different, e.g., TGM1, ALOXE3, ALOX12B, PNPLA1, and CERS2 215 Aut. rec. 1:100,000 Symptom-based Heat intolerance, pruritus, growth disorders, visual disorders 215 Different types, syndromic types are e.g., KID
De Sanctis-Cacchione syndrome Xeroderma pigmentosum, severe DNA reparation disorder (defective nucleotide excision reparation) XPA or ERCC2/XSD 216 Aut. rec. 216 217 About 200 cases are known Symptom-based Cutaneous photosensitivity, microcephaly, mental disability, hyposomia, hypogonadism, spasm, peripheral neuropathy 216 217
Harlequin ichthyosis Hyperkeratosis with defective keratinocyte transmembranous lipid transporter protein and disorder of the lipid transport to the stratum corneum 218 ABCA12 218 Aut. rec. 1:500,000 218 Symptom-based Thickened yellowish skin with fissures, ectropium, eclabium, round open mouth, missing scalp hair as well as cilia and eyebrows 218 Severest type of congenital ichthyosis
Keratosis-ichthyosis deafness syndrome (KID) Connexin-26 disorder 219 GJB2 219 Sporadic, also aut. dom. and rec. cases are known 219 Less than 100 cases are known 219 Erthrokeratodermic follicular hyperkeratosis, psoriasisiform or verrucous plaques, palmoplantar keratodermatosis, conjunctivitis, hypotrichosis 219 Characteristic triad: ichthyosiform erthrodermatosis, high-grade sensorineural hearing loss, vascularizing keratitis 219
Hereditary palmoplantar keratosis (PKK) Connexin-26-related change of the Cx43 gap junctions (increased semicanal activity) 220 GJB2 (Cx26-H73R, und Cx26-S183F) 220 Aut. dom. or mitoch. 175 Very rare,<1:1,000,000 175 Palmar and plantar hyperkeratosis 220
Trichothiodystrophy Nucleotide excision reparation ERCC2, ERCC3, TTDA, TTDN1, GTF2E2 Aut. rec. 1:1,000,000 Dermal ichthyosis, mental and growth retardation, hypogonadism 221 Variable manifestations, BIDS (brittle hair, impaired intelligence, decreased fertility, and short stature), IBIDS (with ichthyosis), PIBIDS (with photosensitivity), or Tay syndrome 221
Syndromes
Alström syndrome Ciliopathy 222 ALMS1 222 Aut rec. 222 1–9:100,000 222 CI Photoreceptor dystrophy, obesity, type-2 diabetes, hyperlipidemia, acanthosis nigricans, hypogonadism, renal, pulmonary, and hepatic dysfunction, dilatative cardiomyopathy 222
Arts syndrome Deficiency of phosphoribosyl pyrophosphate synthetase 1 223 PRPS1 223 X-linked Very rare Ataxia, mental retardation, hypotension, opticus atrophy, peripheral neuropathy 223
Barakat syndrome Developmental disorder of the parathyroid, kidney, and inner ear 135 GATA3 224 Aut. dom. 180 patients worldwide 224 Symptom-based Hypoparathyroidism, deafness, and kidney diseases; variably phenotypes are possible 224 225
Bardet-Biedl syndrome Cilipathy 135 226 21 different genes 226 Aut. rec. About 1:150,000 227 Symptom-based; experimental gene therapeutic approaches 228 Obesity, pigmental retinopathy, kidney disease, anosmia, hypogonadism, situs inversus 226 227 228 Incidence is higher in regions with frequent consanguinity 227
Bartter and Gitelman syndrome Channelopathy 229 Several, e.g., KCNJ1, NKCC, NCCT, BSND, ROMK, IBS, CLCNKB, SLC12A1 SLC12A3 229 230 Aut. rec. 229 Hypokaliemia, hypochloremic metabolic alkalosis, polyuria, polydipsia Bartter type 1–4, Gitelman (SLC12A3) as mild, late onset type
Björnstad syndrome Chaperonopathy, disorder of the ATPasis and lack of mitochondrial complex III 231 BCS1L 231 Aut. rec. and aut. dom. 231 Extremely rare 231 Pilli torti 231 Disorder of the mitochondrial respirasome
Branchio-oculo-facial syndrome (BOFS) Disorder of the retinoic acid-induced transcription factor AP-2 alpha and thus of the regulation of eye, face, skin, neural tube, and kidney morphogenesis 232 TFAP2A 232 233 Aut. dom. 232 233 <1:1,000,000 175 Symptom-based Low birth weight and growth and growth retardation, branchial skin alterations (hemangioma-like manifestation at the neck and behind the ears), microphthalmia, ptosis, cataract, dacryocystitis, characteristic facial changes (wide philtrum, cleft lip and palate, flat broad nose, deformed auricles 232 233 Hearing loss may be conductive, sensorineural or mixed; clinical overlapping with BOR syndrome 232 233
Branchio-oto-renal syndrome (BOR) Disorder of the renal formation and the otic placode 235 236 , mild cochlear hypoplasia, second most frequent malformation EYA1 (40% of the patients with clinical symptoms), SIX1, SIX5 (genes of the EYA-DACH-SIX-PAX pathways) 234 235 236 Aut. dom. 234 236 1:40,000 234 236 Symptom-based Cervical or preauricular branchial fistula, hypoplasia, dysplasia, or agenesis of the kidneys, aplasia of the 8th cranial nerve 234 236 Variable presentation and severity 235 , radiologically cochlear hypoplasia 236
Boudhina-Yedes-Khiari syndrome Neuro-cutaneous disease 237 - Aut. rec. 237 3 patients worldwide 237 Symptom-based Growth retardation, microcephaly, mental retardation, epilepsy and skin lesions 237
Carpenter syndrome, acrocephalopolysyndactyly type II Mutation of the guanosin triphosphatase (GTPases) 238 239 240 RAB23 238 239 240 Aut. rec. 238 239 240 Extremely rare 175 , about 40 cases are known Symptom-based Craniosynostosis, craniofacial malformations, polysyndactyly, obesity, mental disability, hypogonadism 238 239 240 RAB23=Ras-associated binding protein 23; negative regulator of sonic hedgehog and fibroblast growth factor signalling pathway 238
CHARGE syndrome, Hall-Hittner syndrome Neurocristopathy, dysregulated gene expression and development of the neural crest, dysregulation of the neural crest stem cells, dysregulation of the alternative splicing (spliceosomopathy) 98 241 CHD7 heterocygotic mutation 8q12 98 as well as newly identified genes: PUF60, EP300, RERE, KMT2D and KDM6A 241 Aut. dom. (97% de novo) 98 241 0.1–1:10,000 135 Symptom-based, CI Variable expression of the symptoms, visual loss, cardiac anomalies, skeletal, oronasal, gastrointestinal, and genitourinary malformations, growth disorders, craniofacial malformations, anosmia, facial nerve palsy, immune deficiency 241 Diagnostic criteria 98 : typical: 2 or 3 main and 2 minor criteria; main criteria: coloboma (ocular), choanal atresia/stenosis, hypo-/aplasia of the semicircular canals; minor criteria: rhomb encephalic dysfunction (brainstem and cranial nerve anomalies), hypothalamo-pituitary dysfunction, malformation of the internal and/or external auditory canal, mediastinal organs (heart, esophagus), intellectual weakness CHARGE= C oloboma of the eye, H eart defects, A tresia of choanae, R etardation of growth, G enital abnormalities, E ar anomalies; overlapping with Kallmann, Kabuki, 22q11.2 and Nager syndromes as well as with Guion-Almeida mandibulofacial dysostosis 241 ; the missing of the semicircular canals is highly predictive for CHD7 mutation
Cockayne syndrome, Neill-Dingwal syndrome Delayed DNA reparation after UV light exposure, mitochondrial changes 242 243 ERCC8, ERCC6 242 Aut. rec. 1:250,000 242 Symptom-based Hyposomia, cerebral and retinal atrophy, joint contractures, photosensitivity and wrinkled skin, atherosclerosis and vasculopathy, high blood pressure, stroke and cardiac infarction, peripheral neuropathy 242 3 types
Coffin-Lowry syndrome Growth factor regulated serin-threonin-protein kinase 244 245 RSK2; Locus Xp22.2 244 245 X-linked 244 245 >100 cases are known 244 245 Symptom-based Severe mental disability, hyposomia, hypertelorism, prominent front, anteverted nostrils, thick fingers with slim tips, kyphoscoliosis 244 245
Coffin-Siris syndrome Mutations of the BRG-1 associated factor (BAF) complex, cell growth, division, replication, and differentiation as well as in DNA reparation 246 247 ARID1A, ARID1B, SMARCA4, SMARCB1, SMARCE1, SOX11 246 247 Aut. dom. and aut. rec. 246 247 About 100 cases are known 246 247 Symptom-based Cognitive and developmental disorder, hypoplastic phalanxes and little finger nails, hirsutism, ptosis, cataract, strabism, hypospadias 246 247
Cornelia-de-Lange syndrome Cohesinopathy, disorder of the chromatid cohesion and thus mitosis, disorder of the regulation of the transcription 248 249 250 SMC1A, SMC3, RAD21 or HDAC8 248 249 250 Aut. dom. or X-linked More than 400 cases are known Symptom-based Facial dysmorphy (arched eyebrows with synophrys, long philtrum, thin lips, hairy front), prenatal and postnatal growth retardation, cognitive impairment, gastrointestinal malformations, congenital cardiac anomalies and malformed extremities 248 249 250
Curschmann-Batten-Steinert syndrome, myotonal dystrophy Gene defect resulting in splicing defects of the pre-mRNAs of multiple genes DMPK (type I), CNBP (type II); both loci adjacent to the DFNA18 locus 251 252 253 Aut. dom. Myotonia, muscular atrophy, insulin resistance, cardiac arrhythmia, cataract, cognition disorder and mental disability Two types are known, also subclinically cochlear damage without hearing loss
Donnai-Barrow syndrome Occulo-auditory syndrome 254 255 LRP2 254 255 Aut rec. 254 255 <50 patients worldwide 254 255 Symptom-based Diaphragmatic hernia, exophthalmos, missing corpus callosum, myopia, proteinuria 254 255
DOOR syndrome Unknown TBC1D24 256 , SMARCB1 257 Aut. rec. 256 257 About 50 cases are known 257 Symptom-based Onychodystrophy, osteodystrophy, retardation, seizures 256 257 DOOR=deafness, onychodystrophie, osteodystrophie, retardierung 256 257
Ehlers-Danlos syndrome Disorder of the collagen biosynthesis 258 259 B4GALT7, B3GALT6, SLC39A13 and others 259 Aut. rec. 1:5,000 258 Symptom-based Skin and joint hyperlaxity, spondylodysplasia, kyphoscoliosis, aneurysms and ruptures of arteries, osteopenia/osteoporosis 258 259 Different subtypes are known
Fountain syndrome unknown Unknown Aut. rec. Extremely rare Symptom-based Mental retardation, erythematous swelling of the face, skeletal changes 260
Freeman-Burian (Sheldon) syndrome Distal arthrogryposis, multiple contractures 261 MYH3 261 Sporadic, aut. dom. 261 About 100 cases are known Symptom-based Microstomia, pursed lips just as for siffling, H- or V-shaped chin defect, prominent nasolabial fold and major contractures of 2 or more body regions, typically hands and feet 261 Craniofacial syndrome
Hajdu-Cheney syndrome Disorder of the intercellular notch signaling pathway 262 NOTCH2 262 Aut. dom. More than 80 cases are known 262 Symptom-based Craniofacial anomalies, cardiovascular disease, kidney cysts 262 Craniofacial syndrome
HOXA1 syndrome Developmental disorders of the head, the neural system, the inner ear, and the vestibular system 263 HOXA1 263 Aut. rec. 263 Extremely rare 263 Bilateral duane syndrome, cerebrovascular and cardiovascular malformations, autism, variable phenotypes are possible 263 Mixed hearing loss
Hutchinson-Gilford-Progerie syndrome Reduced subcutaneous fat, aberrant lamin A production 264 LMNA 264 de novo, Aut. dom. 264 1:4,000,000 264 Osteolysis, delayed eruption and loss of milk teeth, abnormal skin pigmentation, alopecia, osteoporosis, severe atherosclerosis, nightly lagophthalmos 264
Johanson-Blizzard syndrome Defect of ubiquitin protein ligase E3 components N-rekognin1 (UBR1) and thus disturbed ubiquitination and degradation of ubiquitin-associated proteins, disorder of the cell proliferation, differentiation, and apoptosis 265 UBR1 265 Aut. rec. 265 Very rare, about 70 cases are known 265 Exocrine pancreas insufficiency, hypoplasia of the nasal alae, oligodontia, skull defects, cognitive disorder, hyposomia, hypothyroidism, microcephaly, intrauterine growth disorder, congenital heart defect, urogenital and anorectal malformations kidney anomaly, late-onset diabetes mellitus 265
Juberg-Marsidi syndrome Disorder of the E3 ubiquitin ligase regulating the key factors such as p53 and Mcl1 266 HUWE1 266 X-linked, rec. 266 6 families are known 266 Symptom-based Mental retardation, growth disorder, hypogonadism, hypertelorism, microcephaly 266 Hearing loss, possibly due to recurrent otitis media?
Kabuki syndrome Disturbed histones-lysine methylation and chromatin remodeling 267 KMT2D, sometimes also KDM6A 267 X-linked 267 1:32,000–86,000 267 Newborn hypotonia, nutritional problems in infants and toddlers, postnatal growth disorders, skeletal anomalies, disorders of the immune system, endocrine anomalies and congenital malformations of the heart, kidney, and palate 267
Kallmann syndrome Defect development of gonadotropin-releasing hormone secreting neurons and absence of puberty 268 SOX10, KAL1, FGFR1, FGF8, FGF17, CHD7 and others 268 X-linked, aut. rec. or aut. dom. Very rare Hormone replacement therapy Hypogonadotropic hypogonadism with anosmia, cleft lip and palate, renal agenesis, short metacarpal bones, synkinesis, movement disorders of the eyes, cerebellar ataxia, and scoliosis 268 Incidence of the congenital hypogonadotropic hypogonadism syndrome: 1:50,000
Kearns-Sayre syndrome Mitochondiopathy, disorder of the oxidative phosphorylation 269 Deletion of the mitochondrial DNA 269 de novo, rarely X-linked 269 1.6:100,000 269 Chronic progressive external ophthalmoplegia, retinopathia pigmentosa, disorders of stimuli conduction, endocrine involvement, weakness of non-ocular muscles, encephalopathy 269 270 Characteristic triad: disease onset before the age of 20, chronic-progressive external ophthalmoplegia, retinopathia pigmentosa 269
Klippel-Feil syndrome Congenital synostosis 271 Different, GDF6, GDF3, MEOX1 Sporadic, sometimes aut. rec. or aut. dom. 1:40,000 271 Congenital malformation of the spine, extraskeletal manifestation with urogenital and cardiovascular anomalies, neural tube defects and cleft palate 271 272
Kniest dysplasia Type II collagenosis 273 COL2A1 273 Aut. dom. Rare, exact incidence is unknown 273 Short torso and extremities, kyphoscoliosis and craniofacial anomalies 273
LADD syndrome FGFR2, FGFR3, FGF10 274 Very rare, less than 30 cases are known 274 Hypoplasia/aplasia of the lacrimal glands/duct, hypoplasia/aplasia of the salivary glands, dental anomalies, malformation of the ears and fingers 274
Landau-Kleffner syndrome Acquired epileptiform aphasia 275 Unclear, mutation of GRIN2A, RELN, BSN, EPHB2, and NID2 have been described 275 No data in the literature 275 About 1:1,000,000 275 Anticonvulsants, steroids, adrenocorticotropic hormone replacement diet, immunoglobulins 275 Epileptic seizures, regression of speech, aggressive and hyperactive behavior 275 Abnormal EEG, autism spectrum disorders
Noonan syndrome (formerly: LEOPARD syndrome) RAS/MAPK disorders, developmental disorder of the neural crest due to mutations of the “non-receptor protein tyrosine phosphatase” SHP2 276 PTPN11, RAF, and BRAF 276 Aut. dom. About 200 cases are known 276 Lentigines, abnormal ECG, ocular hypertelorism, pulmonary valve stenoses, micrognathia, growth retardation 276
Levy-Yeboa syndrome KCNQ1 and KCNE3 277 Aut. rec. 1 family with 3 siblings has been described 277 Congenital myopathy, recurrent secretory diarrhea, epidermolysis bullosa, microcephaly 277
Marshall syndrome Disturbed ectodermal development 278 Coll11A1 278 Aut. dom. <1:1,000,000 Facial dysmorphia, hypoplasia of the nasal bone and frontal sinus, skeletal anomalies 278 Progressive hearing loss
Maternally Inherited Leigh Syndrome (MILS) and NARP syndrome Mitochondrial disease 279 MTATP6 279 Maternal 279 1:12,000–1:40,000 Neuropathy, ataxia, retinitis pigmentosa 279 MILS 90% Mt DNA mutated; NARP 70–80% Mt DNA mutated; Rawle et al.
Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser syndrome Inhibition malformation of Müller’s ducts - - 1:4,000–1:5000 280 Ovarian and uterine agenesis, renal dysplasia 280
McCune-Albright syndrome Overproduction of growth factors and hormones 281 GNAS 281 Mosaic 281 1:100,000–1:1,000,000 Fibrous dysplasia, Café-au-lait stains, pituitary dysfunction 281
MELAS syndrome Mitochondrial disease 282 283 MT-TL1 and further mitochondrial DNA mutations 282 283 Maternal Myopathy, encephalopathy and stroke-like episodes, lactate acidosis 282 283 Pathological changes in the stria vascularis, confirmed post mortem
MERRF Mitochondrial disease 284 MT-TK 284 Maternal 284 Myoclonus, epileptic seizures, ataxia, muscular weakness and dementia, hyposomia, degeneration of the optic nerve, peripheral neuropathy, cardiomyopathy 284
Moebius syndrome Disorder of the brainstem development 285 REV3L, PLXND1 285 De novo 1:250,000 285 Facial nerve palsy as well as paresis of other cranial nerves Hearing loss in about 10% of the patients
Myhre syndrome “gain of function” mutation, excessive TGF beta signaling 286 SMAD4 286 Aut. dom. 286 <1:1,000,000 Microcephaly, midfacial hypoplasia, prognathia and blepharophimosis, hyposomia 286 Enlarged vestibular aqueduct as most frequent radiological finding
Otosponylomegaepiphyseal dysplasia, OSMED syndrome Collagen defect 287 COLL11A2 287 Aut. rec. 287 <1:1,000,000 287 Enlarged epiphyses, skeletal dysplasia with relatively short extremities, vertebral anomalies 287 High-frequency hearing loss, Pierre Robin sequence
Pendred syndrome Partial disorder of the pendrin, an anion exchanger SLC26A4, FOX11, KCNJ10 288 Aut. rec. 288 7:100,000 288 Anomalies of the temporal bone with dilated vestibular aqueduct and sometimes hypoplastic cochlea, vertigo, euthyroid goiter 288 289 Also hypothyroid coursed
Pfeiffer syndrome Prolonged FGF signaling 290 FGFR1, FGFR2 290 Aut. dom. 290 1:100,000 290 Craniosynostoses 290 Conductive hearing loss and sometimes also inner ear hearing loss
PIGA syndrome Glycosyl phosphatidylinositol deficiency 291 PIGA 291 X-linked 291 Rare 291 Infantile spasms, epilepsy, mental retardation, cerebral lesions 291
Primary ciliary dyskinesia (Kartagener syndrome) DNAI1, DNAH5 DNAH11, CCDC39, CCDC40 292 Aut. rec. 292 1:16,000 292 Daily cough, chronic infection of the airways, situs inversus, asplenia, infertility 292 Otitis media, inner ear hearing loss (30%)
Jervell-Lange-Nielsen syndrome Ion channel mutation 293 KCNE1 oder KCNQ1, SCN5A 293 Aut. rec. or aut. dom. 1:2,000–1:44,500 Defibrillator, beta blocker, CI Cardiac arrhythmia, prolonged QT interval 293
Rieger-Axenfeld syndrome Irido-dental dysplasia 294 FOXC1 8294] Aut. dom. 1–9:1,000,000 Malformations of the face, teeth, umbilicum, and skeleton, congenital heart defect 294
Russel-Silver syndrome Methylation disorder/imprinting disorder 295 - Aut. dom., Aut. rec. 295 1:15,000 295 Developmental retardation, hyposomia, clinodactyly, hypoglycemia, scoliosis 295
Schinzel-Giedion syndrome “Gain of function” mutation 296 SETBP1 296 Aut. dom. 296 <1:1,000,000 296 Facial dysmorphia, hydronephrosis, severe developmental delay, mental retardation as well as genital and cardiac anomalies, increased incidence of neuroepithelial dysplasia 8296]
Senior Løken syndrome Ciliopathy 297 298 More than 10 genes 298 Aut. rec. 297 1:1,000,000 297 Symptom-based Nephronopthysis, retinopathy, diabetes insipidus, cerebellar ataxia, hepatic fibrosis 297 298
SeSAME syndrome Disturbed development of the brain, kidneys, and stria vascularis 299 KCNJ10 299 Aut. rec. 299 <1:100,000 299 Epilepsy, ataxia, and electrolyte disorder 299 Synonym: EAST syndrome
Sotos syndrome Mutation of the histon methyltransferase 300 NSD1 300 Aut. dom. 300 1:10,000 300 Long, narrow face, high front, red cheeks and small pointed chin, ADHS, hypotension, excessive growth 300 Also conductive hearing loss 300
STAR syndrome Unknown 301 FAM58A (CCNQ) 301 X-linked 301 Rare 301 Telecanthus, syndactyly, renal and anogenital malformations 301
Tietz syndrome Disturbed development of melanocytes 302 MITF 302 Aut. dom. <50 patients worldwide CI Hypopigmentation and high-grade hearing loss 302 Also in Waardenburg syndrome
Townes-Brocks syndrome Malformation of the cilia 303 SALL1 303 Aut. dom. 303 - Anal atresia, dysplastic ears and malformation of the thumbs 303
Usher syndrome Degeneration of hair cells and photoreceptors 304 Ush 1: MYOVIIA, CDH23, PCDH15, SANS Ush2: ADGRV1, WHRN Ush3: CLRN1 288 304 Aut. rec. 304 3:100,000 304 CI Ush 1: congenital hearing and balance disorder, visual loss before puberty Ush 2: congenital hearing loss, visual loss after puberty Ush 3: progressive hearing loss, variable visual loss and balance disorder 288 304 10% of all hearing disorders in children
Vici syndrome Global developmental disorder 305 EPG5 305 Aut. rec. 305 100 patients worldwide 305 Symptom-based 305 Agenesis of the corpus callosum, cataract, oculocutaneous hypopigmentation, combined immune deficiency 305 Disorder of autophagy
Waardenburg syndrome Disturbed development of melanocytes Pax 3 (type I, III) MITF, SNAI2 (type II) Sox10, EDN3, EDNRB (type IV) 288 306 Aut. dom. (I, III) Aut. rec. (II, IV) 1:40,000 CI 307 Hypopigmentation and hearing loss (type II)+dystopia canthorum (type I)+malformations of the upper extremities (type III)+Hirschsprung’s disease (type IV) 288 306 Asymmetric and variable hearing loss
Wolfram syndrome, DIDMOAD Mitochondrial disorder due to disturbed calcium homeostasis and stress in the endoplasmatic reticulum 308 309 WFS2, WFS2 308 309 Aut. rec. 308 309 1:55,000 308 309 Insuline D iabetes i nsipidus, d iabetes m ellitus, o pticus a trophy and d eafness (DIDMOAD) Progressive hearing loss as of childhood, neurological symptoms
Zellweger spectrum diseases Peroxisomal functional loss 310 Pex 1,6,10 310 Aut. rec. 310 1:50,000 310 Bile acid 310 Flat face, renal and hepatic insufficiency, retinitis pigmentosa 310 Auditory neuropathy, infant-refsum disease
Neural/central
Alternating hemiplegia of childhood (AHC), Weber syndrome, medial medullar syndrome Channelopathy, alpha3 subunit of Na+/K+ATPase (exclusively expressed in neurons of the CNS) ATP1A3 De novo mutations, rarely aut. dom. 1:1,000,000 135 Symptom-based Episodes of weakness or paresis, choreoathetosis, dystonia, dyspnea, ataxia, dysfunction of the autonomous neural system, psychomotor regression, episodic nystagmus 135
Arnold-Chiari malformation Syringomyelia, developmental disorder of the brainstem and the upper medulla 311 Unknown Unknown Unknown Symptom-based Occipital cephalgia, diplopy, photophobia, spina bifida, meningocephaloceles, dysphagia, dysarthria, sleep apnea 311 Type 0-VI
Autosomal dominant hereditary ataxia Spinocerebellar degeneration, different types are known 312 Different genes Aut. dom., X-linked 1–5:100,000 Symptom-based Ataxia, disturbed hand-eye coordination, speech disorders, nystagmus, diplopia, cognitive impairment, opticus atrophy, retinitis pigmentosa, opthalmoplegia, diabetes, cardiac and skeletal diseases 312
Canavan-Van Bogaert-Bertrand Leukodystropia, asparto-acylase enzyme deficiency and accumulation of N-acetyl aspartate acid 313 , diffuse spongiform of the white brain substance, dys- and demyelination 314 ASPA 313 314 Aut. rec. 313 314 1:100,000, more frequently in Ashkenasim 175 Symtpom-based, experimental gene and cell therapy, experimental approaches tested in humans with lithium Macrocephaly, muscular weakness, dysphagia, seizures, nasal regurgitation, opticus atophy, severe progressive psychomotor retardation Auditory neuropathy 314 , cases without auditory neuropathy and post mortem confirmation of hair cell loss 315 , congenital, infantile, and juvenile types are described
CAPOS/CAOS Channelopathy, alpha3 subunit of Na+/K+ATPase (exclusively expressed in neurons of the CNS) ATP1A3 c.2452G>A 316 De novo mutation and aut. dom. 316 <1:1,000,000 175 , slightly more than 40 patients are described in the literature 317 Symptom-based Cerebellar ataxia, areflexia, pes cavus, opticus atrophy 316 318
Charco-Marie-Tooth neuropathy CMT with hearing loss 319 Different genes: ABDH12; AIFM1; DNMT1; PRPS1; PTRH2 319 Aut. rec., dom., X-linked 319 1:3,300 319 Symptom-based 319 Progressive neuropathy, muscular weakness, paralysis of the vocal folds, retinitis pigmentosa and cataracts, mental disability with dementia 319 80 genes; classification according to the genotype; mild to severe hearing loss, “hidden hearing loss”
(Stilling-Türk-)Duane syndrome Cranial dysinnervation 320 321 CHN1, MAFB, HOXA1, CDH2 320 321 Aut. dom. and aut. rec. 320 321 1:1,000 320 321 Symptom-based Limited horizontal eye movement, abducens hypoplasia, skeletal, auricular, ocular, neural, and renal anomalies 320 321 3 types are known, sometimes conductive hearing loss 321
Hereditary sensory neuropathy Axonal atrophy and degeneration of the sensory neurons, disturbed sphingo-lipid synthesis [322m 323] SPTLC1 322 323 Aut. dom. 322 323 2:1,000,000 Loss of distal sensorics, painless injuries, skin ulcer, bone infections, partly severe infections requiring amputations of toes or feet 322 323 , dementia Extensive microglia activation that may also be classified as inflammatory or metabolic
Superficial siderosis Hemosiderin deposit as consequence of recurrent bleeding in the subarachnoidal space - - 1:1,000,000 324 Deferiprone, CI 324 Progressive bilateral hearing loss, ataxia, vestibular dysfunction, myelopathy with pyramidal signs 324
Others
Cochlear dehiscence (“Third window” syndrome) Dilated cochlear and vestibular aqueduct, bone dehiscence 325 Surgery Pseudo conductive hearing loss, vertigo (noise- or Valsalva-induced), autophonia 325
Intralabyrinthine schwannoma Neoplasm 1:100,000 326 Surgery 327 , CI 328 Hearing loss, slowly progressive or fluctuating, vertigo, unsteady gait 327
Progressive myoclonal epilepsy Group of disorders with common symptoms; comprises genetic diseases, mitochondrial diseases, and metabolic syndromes 329 - - - - Myoclonus, epilepsy, neurodegeneration 329

In depth knowledge of the embryonic development of the cochlea allows for a better characterization of rare cochlear diseases. This is important especially for malformations and syndromic hearing loss. Common molecular principlesthe embryonic development of the cochlea are shared with other organs such as the heart, kidneys, and eyes. These common principles are revealed especially in syndromic cases.

We illustrate the complexity of the evaluation of rare diseases with clinical examples. For example, the role of interdisciplinary and even international collaborations for the diagnosis of the rare vascular disease called Susac’s syndrome is emphasized. It further becomes obvious how difficult and long the way may be for patients to get a definite diagnostic assessment. Further examples (CHARGE syndrome, X-linked deafness) also illustrate the importance of interdisciplinary approaches, in particular with regard to imaging in the context of hearing restoration with cochlear implants.

The majority of the rare diseases show a high variability of their phenotype despite having the same genetic defect. This makes the classic approach of symptom-based diagnostics difficult. On the other hand, overlapping phenotypic patterns can be found for certain diseases even if different genetic defects are present. These observations emphasize the importance of electrophysiology, imaging, and in particular modern molecular diagnostics including proteome analysis that might be the basis for advances in oto-rhino-laryngology.

1 Embryonic Development and Morphology of the Cochlea

Accruing knowledge about the molecular evolution of its phenotypic development is a fundamental component of understanding an organ system. Knowing the molecular mechanisms leading to the development of the inner ear may contribute to better characterization and classification of rare diseases and malformations. In the following paragraphs, the embryonic development of the inner ear will be described.

Different tissue layers lead to the development of different portions of the inner ear. The membranous labyrinth is derived from the otic vesicle, which invaginates from the ectoderm whereas the bony labyrinth derives from the mesenchyme.

Beside morphogenesis, the formation of the inner ear also requires the specification of cellular fate. Morphogenesis of the inner ear is initiated from a flat thickening of the ectoderm leading to the development of the fluid filled spaces of the labyrinth and the cochlea. Specification of the cellular fate means the development of neurons, sensory cells as well as numerous non-sensory cells of the inner ear. A multitude of genes and thus induced biochemical processes contribute to the development that have a highly complex spatiotemporal expression pattern. The exact mechanisms playing a role in this context are only incompletely understood until now.

1.1 Morphogenesis of the inner ear

Most cell types forming the inner ear of adults have their developmental origin in the otic placode. The otic placode is the first step of inner ear development ( Fig. 1 ; 3 rd week, on the left). It is a thickening of the ectoderm, lateral to the rhombencephalon, that by invagination into the underlying mesenchyme forms a vesicular structure ( Fig. 1 ; 3 rd week), the otocyst (also known as the otic vesicle) 1 ( Fig. 1 ; 3 rd week, on the right). The otocyst is divided into a vestibular and a cochlear part ( Fig. 1 ; 4 th week). The vestibular compartment of the membranous labyrinth develops from the dorso-lateral part of the otic vesicle and the cochlear structures including the saccule develops from the ventromedial part 2 .

Fig. 1.

Fig. 1

Illustration of the morphogenesis of the inner ear; modified according to Gray’s Anatomy, 41 st edition, 2016 8 , and according to Cummings, 7 th Edition, 2020 9 ; copyright Elsevier.

The developing cochlear part extends to a tubular structure, called cochlear duct ( Fig. 1 ; 5 th week). During growth, the cochlear duct forms a spiral and in the 8 th week of embryonic development, the 2.5 turns are complete ( Fig. 1 ; 6 th and 9 th week). In the 9 th embryonic week, the organ of Corti develops. At the beginning, it appears as an arrangement of polygonal cells equipped with a kinocilium and numerous microvilli on their surface 3 . The microvilli disappear within the next weeks and are replaced by stereocilia 4 that develop first on the inner and later on the outer sensory hair cells. The formation of stereocilia runs from the cochlear base to the apical area. It is the first morphological sign of sensory hair cell differentiation. Next, the arrangement of the inner and outer sensory hair cells becomes obvious. While one single row of inner sensory hair cells develops, the number of rows of outer sensory hair cells may vary between 3 and 4. In parallel, i. e., between the 9 th and 13 th embryonic week, the tectorial membrane develops that covers the organ of Corti. The binding of the tectorial membrane to the stereocilia seems to develop from an initially immature stage, characterized by loose binding, to a more mature stage where a firm connection between the outer sensory hair cells and the stereocilia is formed. Up to the 15 th week, the organ of Corti appears as a solid cell mass that is covered by a thin tectorial membrane.

All sensory hair cells develop a row of stereocilia, however, the inner sensory hair cells seem to be more mature than the outer ones with a characteristic U-shape in the configuration of the stereocilia. At the 22 nd week, this process is completed, the stereocilia have matured and show the same distribution pattern as in adults.

At the end of the 11 th embryonic week, the cochlear duct is surrounded by cartilage and fluid-filled spaces develop that form the scalae tympani and vestibuli by the 15 th week. In the 18 th week, the tunnel of Corti (also known as internal tunnel, cuniculus internus) has already developed from the solid cell mass of the organ of Corti (named after the Italian anatomist Alfonso Giacomo Gaspare Corti, 1822–1876). Also, Nuel’s space (also known as middle tunnel, cuniculus medius; named after the Belgian physician Jean Pierre Nuel, 1847–1920) is fully developed and due to regression of Kölliker’s organ (named after the German anatomist and physiologist Rudolf Albert von Kölliker, 1817–1905), the tectorial membrane is freed. Kölliker’s organ is a structure (greater epithelial ridge) that transitorily develops in the cochlea 5 . It consists of pillar like supporting cells releasing ATP. This binds to the ionotropic purinergic receptors (P2X receptors) of the inner sensory hair cells and leads to depolarization and calcium inflow. This process imitates the effect of depolarization by sound and leads to periodic excitation of the spiral ganglion cells during development. In addition, other trials could show that Ca 2+ spikes in neonatal inner sensory hair cells induce excitatory postsynaptic currents in the afferent dendrites of the spiral ganglia cells 6 . After maturation of the cochlea and onset of the hearing capacity, this ATP induced intrinsic activity of the inner sensory hair cells disappears. It is assumed that this spontaneous activity of the inner sensory hair cells and fibers of the auditory nerve is crucial for the neuronal survival of the cochlear nucleus in humans before hearing onset, for the correct interconnection of the auditory pathway, and for the formation/refining of the tonotopy in the auditory nuclei. In other words, this means that peripheral, non-sensory cells that are in Kölliker’s organ are responsible for the maturation of the auditory pathway 7 .

Between the 20 th and 22 nd fetal week, the cochlear duct is already manifestly longer with a larger diameter; the stria vascularis has developed its characteristic 3 cell layers, and the tectorial membrane is well developed. Afterwards, the outer pillar cells and the outer sensory hair cells extend step by step, and Deiters’ and Hensen’s supporting cells develop. At the end of the 2 nd trimester, the cochlea already has a mature appearance while the synapses of the efferent brainstem fibers are not yet fully developed.

The cochlear nerve develops from a group of cells (neuroblasts) that derive from the medial part of the ear epithelium and pass into the underlying mesenchyme. They form the VIII th (vestibulocochlear) ganglion leading to the development of the 8 th cranial nerve 10 . The ganglion cells, out of which the auditory part of the VIII th nerve will develop, organize around the modiolus to form the spiral ganglion. Axons that develop from these ganglion cells migrate centrally to the brain and peripherally to the organ of Corti. During the 5 th /6 th week of gestation, the axons first form synapses with the brainstem neurons. The dendrites only reach the basal turn of the cochlea at the end of the 9 th embryonic week and form contacts with the developing sensory hair cells between the 10 th and 12 th embryonic week 11 . By the end of the 12 th week of gestation, the development of the classic afferent synapses between neurons and sensory hair cells is initiated. Presynaptic bodies surrounded with vesicles can first be observed at the base of the inner sensory hair cell, with similar findings in the outer hair cells by the 13 th week. By the 14 th fetal week, basal to apical synapse formation is fully completed while the myelin-forming Schwann cells cannot be detected until the 15 th fetal week. At this early stage, the outer sensory hair cells are exclusively innervated by afferent neurons. In humans, the formation of axo-somatic synapses with the efferent system only takes place with the onset of the cochlear function, i. e., around the 20 th week. This observation seems to reflect an evolutionary process. At the beginning of synapse formation, the outer hair cells only function to transmit auditory signals to the brain. With the efferent interconnection at the end of maturation of the organ of Corti, the outer hair cells begin to function in their role as cochlear amplifiers. This process is more pronounced in the basal and middle regions of the cochlea compared to the apical areas leaving the apical outer hair cells innervated by mainly afferent rather than efferent neurons. Looking at ciliogenesis during this time period, it becomes obvious that the apical area of the cochlea remains in an immature stage so that the cochlea should be correctly subdivided into a basal and an apical part based on the embryonic development. As of the 22 nd fetal week, myelination within the cochlea and thin myelin sheaths are already visible 12 . In the 24 th fetal week, the extension of the myelin sheaths to the exit of the nerve from the temporal bone is revealed. After this time, myelination is performed by oligodendrocytes that have already settled at the nerve. Central myelination, however, has not occurred at this point 13 .

Between the 7 th and 8 th embryonic week, the auditory nuclei and pathways are already fully developed. The neurons of the brainstem containing information of the immature axons of the hearing nerve can be identified at the border of the brainstem as cochlear nuclei. A subset of these crosses in the brainstem and projects its extensions more centrally into the contralateral superior olivary nucleus 14 . The remaining neurons extend to the lateral lemniscus and from there into the inferior colliculus. The medial geniculate body can be identified in the 8 th embryonic week and is innervated by the axons from the inferior colliculus. Between the 9 th and 13 th week, only growth rather than structural change is observed in the brainstem. However, the neurons of the brainstem are still very small and immature even if the nuclei are relatively well developed. In the course of the second trimester, not only the neurons increase in size but also develop cytoplasm and cell organelles. By the end of the 24 th fetal week, more and more cytofilaments are present in the auditory neurons. Also, in the axons of the brainstem neurons, accelerated maturation is observed in the second trimester. Neurofilament that can only be detected in few neurons of the cochlear nerve at the end of the 16 th week is clearly visible at the end of the second trimester as bundled fascicles in the within the cochlear nerve and the brainstem.

1.2 Molecular biology of the embryonic development

The otic placode is one of the craniofacial placodes from which several structures develop (e.g., inner ear, the olfactory epithelium, neurons of different cranial sensory ganglia, eye lens). All these placodes develop in the pre-placodal region that is characterized by the expression of a common set of transcription factors (Six1, Eya2, and Foxi3) 15 . The otic vesicle (otocyst) develops from the pre-placodal region at the level of rhombomeres 5 and 6, influenced by the FGF signaling pathway 15 . The transcription factors Pax2 and Pax8 are markers of the otic vesicle. Gene expression profiles within the otic vesicle, in the adjacent tissue of the developing otic vesicle, within the borders between otic and adjacent tissue as well as within the borders of the compartments into which the developing otic vesicle may be divided schematically seem to be responsible for the orientation of the inner ear ( Figs. 2 and 3 ). The rhombencephalon is arranged in segments that are called rhombomeres. Each rhombomere is able to express specific genes. The otic placode is adjacent to rhombomeres 5 and 6 so that this area seems to play a crucial role in the axial organization as well as specification of the fate of inner ear cells. Mouse mutants with defects of the rhombencephalon in the area of the rhombomeres 5 and 6, where the border between these rhombomeres is maintained, show normal formation of the inner ear. The border between both rhombomeres corresponds nearly exactly to the midline of the otic vesicle and is possibly responsible for the specification of the otocyst cells into the anterior and posterior compartments. Since both rhombomeres develop very early, they may influence the development of the anterior and posterior otocyst by means of different signals 16 . Signal transmission between the cells of the otocyst and the cells of the rhombencephalon, is enabled by the Eph/ephrin system 17 . While the cells of the rhombomere 6 express high concentrations of the ligands of ephrin B2 and B3, a high density of the receptors EphA4, A7, B2, and B3 are found in rhombomere 5 18 19 . This means that the postero-medial cells of the otocyst that are in direct contact with rhombomere 6 receive ephrin-mediated signals, whereas cells adjacent to rhombomere 5 do not. Probably these signals are directly transmitted to the dorsal pole of the otic vesicle where the cells of the otic placode are in direct contact with the cells from the neural tube because no delimitation by a basal lamina is present. This would mean right from the beginning that distinct compartments form in the developing otocyst, i.e., the antero-medial and the postero-medial compartment 16 . These compartments are responsible for the organization of the cells and the inner ear specific development and orientation of the organ. They are characterized by a specific gene expression profile, and define and delineate the cell fate. This means that on one hand the cells in the respective compartments define the location and structure of the cochlea and the semicircular canals, the utricle, saccule as well as endolymphatic duct, on the other hand the mixing of the cells of different lines is not possible ( Fig. 3 ). Furthermore, probably the gene expression within the compartment decides which sensory organ (organ of Corti, crista or macula) develops. Soluble factors and cell surface molecules could then influence the cells along the border between the compartments, but only those that are directly adjacent to the border. Their diffusion seems to be possible but only in a radius of very few hundred micrometers. These factors may be for example morphogens, which would mean that elongating structures are induced along the border zone between two compartments while morphologically localized organs such as the crista may only develop at the border between three compartments. Thus, an exact location may be specified.

Fig. 2.

Fig. 2

The location of formation of the otic placode along the body axis is defined via the expression of fibroblast growth factors (FGF) from the neural tube 20 . The release of FGF in the periotic mesoderm shortly before the development of the otic placode 21 leads to the expression of several transcription factors that are necessary for the development of the inner ear 22 23 . The orientation of the antero-posterior axis starts with the expression of FGF10, lunatic fringe (Lfng), delta 1, neurogenin1 (Ngn1), and neuronal differentiation factor (NeuroD1) in the anterior region of the invaginating otic placode. This gene expression pattern is limited to the anterior region of the otocyst. This limitation is mediated by Tbx1 that is exclusively expressed in the posterior part of the otocyst. The dorso-ventral axis depends on the WNT and SHH expression in the rhomb encephalon. WNT is expressed in the dorsal area and leads to upregulation of Dlx5, Dlx6, Hmx2, and Gbx2. These genes are responsible for the development of vestibular structures in the dorsal region of the otocyst. On the other hand, there is the expression of SHH from the notochord that determines the fate (auditory) of the cells in the ventral part of the otocyst by regulating the expression of the transcription factors Pax2, Ngn1, Lfng, NeuroD1, Sox2, and Six1. BMP (bone morphogenetic protein) and SHH inhibit each other so that BMP assumes a significant role in the morphogenesis of the inner ear. Illustration modified according to 24 25 .

Fig. 3.

Fig. 3

Illustration of the compartments of the developing inner ear and location of the different organs (organ of Corti: OC; saccule: S; utricle: U; endolymphatic duct: ED; cristae of the semicircular canals: AC, PC and LC) as well as the axes (AP: antero-posterior; DV: dorso-ventral; ML: medio-lateral). The orientation in the antero-posterior axis takes place before the orientation in dorso-ventral direction 26 . The dorso-ventral axis is not defined until the formation of the otocyst 27 . The axial specification already starts with formation of the otic placode and depends on factors ( Fig. 2 ) that are expressed by rhombomeres 5 and 6 of the rhombencephalon. As soon as a rhombomere is rotated in ovo along the dorso-ventral axis, the expression of the ventral genes Lfng, NeuroD1, and Six1 (see Table, BOR syndrome) is shifted into the dorsal regional of the otocyst, whereas the expression of dorsal genes like Gbx2 is inhibited. This means that by rotation of the rhombomeres ventral areas of the rhombencephalon may transform ventral areas of the otocyst into dorsal otic tissue 26 . The formation of organs of the inner ear after the stage of otocyst depends on the expression of Gata3 (see table, Bakarat-HDR syndrome), Eya1 (see table, BOR syndrome), and FGF3/8 (see table, Kallmann syndrome, which was shown in investigations of Gata3, Eya1, and FGF3/8 deficient mice 28 29 30 . SHH (see Table, incomplete partition and Carpenter syndrome) as well as Pax2 are cochlear genes because mutations in these genes allow only the formation of a short, straight cochlear duct. Gbx2, Hmx2, Hmx3, and WNT are considered as vestibular genes because a defect of one of these genes leads to morphological defects of the saccule, utricle, or the semicircular canals (illustration modified according to Brigande et al., 2000 16 ).

1.3 Development of sensory hair cells

Different soluble factors are necessary for the induction of the otic placode: FGF from the mesoderm and the neuroectoderm, SHH from the notochord and the base plate of the neural tube, WNT from the rhombencephalon as well as BMP from the ectoderm. The anterior area of the otocyst where the neurosensory cells of the inner ear develop is characterized by the expression of Lfng, Sox2, and Eya1 31 while Tbx1 and Lmx1a are expressed in the dorsal part in the non-sensory region. Within the prosensory region, the proneuronal transcription factor Neurog1 is upregulated at an early stage. It is not only necessary for the formation of neurons but it also contributes essentially to the development of the sensory epithelium including the sensory hair cells 32 . It belongs to the basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors and is expressed together with Neurod1 by proliferating progenitor cells. The bHLH gene Atoh1 (atonal-homolog-1)/Math1 (murine atonal homolog 1)/Hath1 (human atonal homolog1) is necessary for the development of sensory hair cells 33 34 . Furthermore, the POU domain transcription factor POU4f3, the zinc finger transcription factor Gfi1, and the homeodomain factor Barhl1 are needed for the maintenance and formation of sensory hair cells 32 . The singular and highly specific pattern of cell alignment in the sensory epithelium of the inner ear where sensory hair cells and supporting cells are arranged alternatingly allows the assumption that local cell communication mechanisms override predetermined cell specification. The notch-signaling pathway regulates the determination of the cellular fate in numerous organ systems 35 . During the development of the inner ear, notch (see Table; Hajdu-Cheney syndrome) is initially distributed in the entire epithelium. With the differentiation of the sensory hair cells, however, its expression is limited to the supporting cells. Delta 1 and Jagged2, however, are synthesized by the sensory hair cells of the murine cochlea about one day after the onset of Math1 expression 36 . Hereby, the cells that are supposed to develop into sensory hair cells express Jagged1, which increases the notch activity in the neighboring cells and thus forces them to adopt another cell type (the one of supporting cell). This process is called lateral inhibition.

The formation of the apical mechanosensory region (the site where the stereocilia are located) plays a vital role for the function of the sensory hair cells. The stereocilia of the sensory hair cells are packed with actin and other cytoskeletal proteins. They are organized in V-shaped ascending rows. The organization is uniform throughout the entire organ of Corti while the tip of the V always points into the periphery of the cochlear duct and is essential for correct function 37 . In the context of orientation of the sensory hair cell bundles, the WNT/planar cell polarity-signaling pathway plays a crucial role. The asymmetric distribution of the planar cell polarity proteins of frizzled (Fzd), disheveled (Dvl), Van Gogh (Vangl), and prickle (Pk) leads to polarization of the sensory hair cells. It could be shown that Fzd and Dvl proteins form a complex on one side of the cell whereas Vangl and Pk arrange at the contralateral side 38 . It is assumed that the subunit of the kinesin II motor complex, Kif3a, regulates the organization of the sensory hair cells. In Kif3a mouse mutants, the kinocilium is missing, the cochlear duct is shortened, and the shape of the sensory hair cell bundles seems to be flattened 39 . Disorders of the cilia, so-called ciliopathies, are characteristic for Bardet-Biedl and Senior-Løken syndrome ( Table 1 ).

1.4 Development of spiral ganglion cells

During the development of the central nervous system, basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors are responsible for the specification of cells, whereas lateral inhibition by the delta/notch system inhibits neuronal differentiation in neighboring cells by activating the inhibitory effector genes Hes and Hey 40 . Several soluble factors such as WNT (wingless), FGF, BMP, and SHH (sonic hedgehog) induce neuronal progenitor cells 41 expressing proneuronal genes and allow the change of fate to glia formation via activation of the COUP-TF/II transcription factor 42 . These basal patterns of embryonic development of the nervous system can also be observed in the context of ontogenesis of the inner ear. It can be assumed that the entire otocyst is able to form neuroblasts. Already shortly after invagination of the otic placode, a delamination of neuroblasts occurs from the anterior and ventral region, that is called neurosensory domain, and out of which the VIII. cranial ganglion (also known as cochleovestibular ganglion) develops 15 . For differentiation of spiral ganglia cells, the proneuronal bHLH transcription factor neurogenin1 (Ngn1) is needed. After an initial overexpression of Ngn1, an upregulation of Neurod1 as well as delta and notch genes occurs within the developing spiral ganglion cells while Ngn1 itself is downregulated 43 . The expression of Gata3 also seems to play a crucial role for the formation of neurons, in particular in the context of central connection. However, this process could not be fully clarified up to now because Gata3 contributes to the development of the inner ear already at an early stage in embryonic development and a systemic deletion of Gata3 leads to impaired formation of the inner ear 44 . The development of neurons further depends on the expression of POU4f1 (formerly called Brn3a) 45 . During their development, the spiral ganglion cells migrate from the cochlear duct to the spiral canal of the modiolus (Rosenthal’s canal). They reach their postmitotic phase already in the cochlear duct in a baso-apical gradient, i. e., first the neurons of the basal and middle cochlear parts exit from the cell cycle, later the ones of the apical parts. The outgrowing dendrites arrange and retract in a way that the inner and outer sensory hair cells are innervated according to a certain pattern. This process seems to be regulated via the G protein RhoA-GTP and the rho-associated GTP binding proteins Rnd2 and Rnd3. It could be shown that ectopic sensory hair cells are able to form connections with spiral ganglion neurons 46 so that it may be expected that the sensory hair cells attract the dendrites of the neurons. This might be an explanation for the fact, why patients with severe malformations of the inner ear (e. g., incomplete partition) might nonetheless benefit from cochlea implantation.

Interestingly, the region developing into the organ of Corti expresses neurotropic factors before the differentiation of sensory hair cells so that developing neurites grow into the organ of Corti even if the formation of sensory hair cells does not occur 47 . However, if they reach the habenula perforata, they need a stimulus originating from the sensory hair cells so that they can continue to grow in direction of the greater epithelial ridge or the sensory hair cells 48 . These factors may be semaphorin/neurophilin1, Eph/ephrin as well as Slit/Robo. Their expression defines a path along which the dendrites may grow out 49 . Morphogens such as WNT and SHHs are expressed so that a dorso-ventral gradient is formed that is necessary for the development of the cochlea 24 . Furthermore, a significant role for direction-oriented outgrowth of the axons is attributed to WNT and SHH. In order to allow outgrowth of the neurites, WNT and SHH are required together with the growth factors FGF and BMP 48 . Type I and type II spiral ganglion neurons forward stimuli from the inner and outer sensory hair cells in a central direction. It is still unknown when this innervation pattern develops that is clearly seen in adults. However, this process seems to be closely related to the peripherin expression in type II spiral ganglia neurons 50 . Another protein, Prox 1 required for the coordination of the outgrowth of neurites of type II neurons is expressed in the spiral ganglion cells but possibly also in the supporting cells, along which the afferent fibers are expected to grow 51 .

The expression of the neurotrophins BDNF and NT3 as well as their receptors NTRK2 and NTRK3 regulate the survival and the outgrowth of the developing spiral ganglion neurons. In the developing cochlea, a BDNF-NT3 gradient is formed from apical into basal direction 52 . If BDNF is deleted, a normal cochlea develops with a reduced neuronal population of about 7–15%. However, if NT3 is missing, the complete innervation of the basal cochlea is missing and is reduced in the middle turn 48 . Deletion of neurotrophin expression during development not only alters neuronal development but also results in a clearly shorter cochlear duct and disorganized rows of sensory hair cells similar to Neurod1 deficient mice 43 .

1.5 Regenerative factors

Although the development of the inner ear is a highly complex process that may be influenced by multiple factors, a targeted modulation of single signaling pathways can be an approach for regenerative therapies. The REGAIN trial ( RE generation of hair cells with a GA mma secretase IN hibitor) aims at treating patients with mild to moderate hearing loss by inhibiting the notch-signaling pathway. In this context, the notch inhibitor LY3056480 is used to stimulate the regeneration of sensory hair cells in the inner ear that are lost with increasing age 53 . Furthermore, the discovery of WNT-reactive progenitor cells in the murine cochlea being positive for LGR5 54 has revealed that hair cell regeneration is fostered by blocking the notch signal 55 and is possible also in the adult cochlea of mammals 56 . In the context of human embryonic development of the inner ear, the expression of LGR5 increases from the 8 th to 12 th week of gestation 57 . During this time, also the development of the organ of Corti takes place. Interestingly, the LGR5 protein complex that was found in the apical poles of the sensory epithelium of the cochlea is limited to the sensory hair cells as of the 12 th week of gestation 57 . Current studies show that in particular proteoglycans of the extracellular matrix contribute to the development of sensory hair cells and spiral ganglion neurons by up- or downregulating certain genes 58 .

1.6 Embryonic development principles – correlation with other organ systems

For proper organogenesis, organ-specific genes are upregulated during embryonic development while genes that contribute to cell division and general morphogenesis are downregulated 59 . At later stages, genes that encode organ-specific functions are upregulated 59 . Multi-species and longitudinal gene expression analyses show a high overlap of the transcriptome over the entire embryonic development period and in particular of the brain, cerebellum, liver, kidney, testis, and ovaries 59 .

Next generation sequencing analyses reveal that there are specific groups of genes responsible for organ development, for crosstalk and interaction between the organs (organ pattern genes) as well as house keeping genes that mainly coordinate metabolism 60 . The specific biological properties of these organ pattern genes may possibly give hints to new biomarkers or therapeutic targets for precise and effective prognosis and treatment of complex and in particular of rare diseases 60 . They might even explain how a gene defect leads to the involvement of different organ systems.

The principles of embryonic development of the cochlea and the auditory nerve show that the single developmental steps are complex and depend on multiple factors. This becomes obvious especially in the context of malformations, which, in contrast to initial assumptions, do not reflect the result of developmental arrest at certain stages. Different genes and gene families are responsible for the development of the inner ear and many of these regulate the organogenesis of other systems too. For example, forkhead box transcription factors play a role in the development of different organ systems by regulation and post-translational modification of different genes such as Neurod and Sox2 61 . Sox2 as well as BMP, WNT, and FGF are involved in cardiogenesis 62 , otogenesis 63 , skeletogenesis 64 as well as retinal development 65 . Another group of evolutionarily conserved factors that are involved in the development of numerous organs (eyes, kidneys, heart, muscles, and inner ear) are the Eya (eyes absent) molecules 66 . In particular, the carboxyl domain is conserved in the Eya molecules that binds Six (sine oculis) proteins 66 . Eya4 mutations are for example the cause for a rare autosomal-dominantly inherited hearing disorder that is sometimes associated with dilatative cardiomyopathy 66 .

2 Non-syndromic Hearing Disorders

Non-syndromic hearing loss (NSHL) is inherited in an autosomal-recessive (about 80%) but also autosomal-dominant (about 15%), X-linked (2–5%) as well as maternal/mitochondrial (1%) fashion. Some but not all known mutations are listed in Table 1 . Despite our understanding of these mutation and their inheritance patterns, a complete understanding of non-syndromic hearing disorders is a major challenge due to the extreme clinical and genetic heterogeneity 67 .

Nearly 100 genes have already been identified that may lead to non-syndromic hearing disorders. A comprehensive overview of the genes that have been identified as of 2015 is found in the publication of Vona et al. 67 . A significant gain in knowledge about the function of the mature cochlea results from the study of genes that are mutated in cases of non-syndromic hearing disorders. The signaling pathways that are involved in rare as well as in non-syndromic diseases allow the identification of new pathophysiological processes that lead to hearing loss. Variations of the genotype-phenotype correlation are known in the context of mutations of single genes; and despite autosomal-dominant inheritance patterns, siblings may have hearing loss of various severities 67 . Such variations also became apparent in syndromic diseases. Sometimes entire organ systems are not affected (incomplete or reduced penetrance) even if the same gene mutation is found 68 . Secondary genetic factors or environmental factors might be responsible for the variations (epigenetics). Already in 1941, statistical methods were applied to prove the existence of modifier genes in Huntington’s chorea so that the concept of dominant modifier and suppressor genes was made responsible for the high degree of variability 69 . In fact, 2 loci for modifier genes have been identified that might cause the variability of certain hearing disorders 67 .

In spite of the variations (e. g., the onset of hearing loss may occur very variably even with the same gene mutation), autosomal-dominant hearing disorders often show a characteristic audio profile 70 that may be helpful for diagnosis. Despite the remarkable progress in the identification of a multitude of gene defects resulting in hearing loss, the mechanistic understanding in particular of non-syndromic hearing disorders does not suffice to allow clarification of the pathophysiology or the development of effective therapies.

The advent of modern molecular biological methods in combination with artificial intelligence and machine learning will will bring about individualized precision healthcare for patients with hearing loss. In addition, preventive measures, e.g., control of structural, mutational, and epigenetic changes of the hearing disorder, are possible. This means that beside classic, meanwhile widely distributed and available omics technologies and imaging procedures for confirmation of the diagnosis, intensive diagnostics have to be developed to identify e. g., posttranslational changes, virus load or the inflammasome 71 . Screening technologies that include evaluation of protein-protein interactions 72 also integrate miRNA assessment in the perilymph 73 as well as analyses of model cells or patient cells 74 will allow real personalized medicine.

3 Malformations of the Cochlea

Before the era of CT imaging, reports about inner ear malformations were based on post-mortem examinations; and first pioneers such as Carlo Mondini (1729–1803) described changes like a missing apical turn and an enlarged vestibular aqueduct that is known as Mondini dysplasia 75 . Eugene Michel (1819–1883), the German otolaryngologist Arno Scheide (1864–1837), Gustav Alexander (1873–1932) as well as the Swiss neurologist Paul Robert Bing (1878–1956) lent their names for characteristic malformations of the inner ear 76 . In the context of post-mortem investigations, characteristic inner ear malformations of the bony (20%) and the membranous labyrinth (80%) have been assessed. In 1974, the American otologist Harold Frederick Schuknecht (1917–1996) published his standard reference work about ear pathologies by listing beside malformations all other diseases concerning the cochlea based on histological examinations of a large temporal bone collection.

Based on polytomography and sometimes CT scans, Jackler and his colleagues Luxford and House published the first classification of congenital malformations of the cochlea and the labyrinth 77 in 1987 that is still clinically used today.

Nearly 100 malformed inner ears were classified as follows:

  • Complete aplasia (Michel aplasia)

  • Common cavity

  • Cochlear aplasia with normally developed labyrinth

  • Cochlear hypoplasia

  • Incomplete partition (small cochlea with incomplete or missing interscalar septum; normal or malformed semicircular canals)

The hitherto revolutionary aspect of this classification was the concept of the embryonic developmental arrest to explain the different types of malformations 76 . However, the absence of inner ear development in different stages of embryonic development as pathomechanism of malformations can only explain some of the observed changes. Even Jackler already mentioned in his work that malformations indicate a disturbed rather than an absent development 77 . The malformations were listed according to the week of gestation when the embryonic development seemed to be disturbed. Jackler and his colleagues substantiated this assumption with the similarity of polytomographic findings and the (illustrated) developmental stages according to Streeter 78 . The series starts with the labyrinthine aplasia (Michel deformity, 3 rd week of gestation), followed by the common cavity in the 4 th week of gestation, cochlear aplasia in the 5 th week of gestation, and severe and mild cochlear hypoplasia in the early and late 6 th week of gestation. The incomplete partition, classic Mondini malformation, is the chronologically last malformation in the 7 th week of gestation. The classification performed by Jackler et al. differentiates further a group A with missing or malformed cochlea (complete labyrinthine aplasia, cochlear aplasia, cochlear hypoplasia, incomplete partition, and common cavity) and a group B with normal cochlea (enlarged vestibular aqueduct, exactly defined dysplasia of the semicircular canals consisting of an enlarged vestibulum and a short but dilated lateral semicircular canal). Sennaroglu and colleagues enhanced the Jackler classification with regard to the surgical anatomy for cochlear implantation 79 . The incomplete partition type I (IPT1) describes a severe type with missing partitioning of the entire cochlea with conspicuously enlarged vestibule and undetectable modiolus. The outer borders of the cochlea are coarse and often bloated. An accompanying malformation of the vestibule and the semicircular canals may be expected while an enlarged vestibular aqueduct is not found. Clear delimitation of the common cavity is not possible according to the used definitions. The wide transition from the cochlea to the vestibule characterizes also IPT1, which is reflected in the synonymous term of cystic cochleovestibular malformation 80 81 82 . The common cavity has been described as malformation with a common cavity of the cochlea and the vestibule that are connected via a wide transition. This definition that was originally coined by the histological report of Edward Cock from 1838 83 is not sufficient for a clear delimitation against incomplete partition type I. The result is an unclear use in the literature. Similar to the enlarged vestibular aqueduct that may be found in numerous other malformations as accompanying symptom, the modiolus is regularly not defined by CT scan in its typical form in cases of X-linked deafness and IPT1. Today, the malformation originally described by Mondini is understood as the incomplete partition type 2.

The aspect of the classification away from the developmental arrest theory to multifactorial genetic defects is illustrated in a review article about cochlear implantation in children with cochleovestibular malformations 84 . According to Papsin et al., the genetic coding of the murine otocyst ( Figs. 2 and 3 ) mostly excludes the hypothesis of developmental arrest of a single development pathway 84 . Instead, possible multiple distinct pathways of the inner ear development are described. The identification of the genetic signature of single malformations and the correlation with radiological findings crucially changes the understanding of the pathogenesis in this field.

3.1 X-linked deafness DFN3, Gusher-associated

The hearing loss defined as X-linked deafness shows a characteristic CT scan (incomplete partition type 3, IPT3) with a widely open connection between the cochlea and the internal auditory canal. The fundus of the internal auditory canal is dilated ( Fig. 4 ). The modiolus and the cribiform plate are missing so that a direct transition of the perilymph of the inner ear and the liquor in the subarachnoidal space is found. Further characteristics are the corkscrew-like appearance of the cochlea, dilated nerve canals of the facial nerve and the posterior ampullary nerve from the inferior vestibular nerve (in the singular canal) as well as coarse protrusions at the vestibule. Also a small, mostly completely bone surrounded endolymphatic sac is observed.

Fig. 4.

Fig. 4

Volume rendering from the T2 dataset of an MRI of a patients with X-linked deafness. A typical corkscrew-like picture of the cochlea (white arrow pointing to the basal turn). The fundus (arrowhead) of the internal auditory canal is dilated.

Clinically, X-linked deafness presents as severe mixed conductive and sensorineural hearing loss in both ears. In 1971, Nance et al. described first a congenital fixation of the stapes footplate in X-chromosomal combined hearing loss and gusher 85 . The open connection to the cerebrospinal fluid leads to leakage during stapes mobilization, so-called gusher. Female carriers are described, however, only a low number of anatomical conspicuities are found in the CT scans and the hearing loss is clearly milder 86 .

In some cases, the provision with hearing aids is sufficient, but often cochlear implantation is indicated. Surgically, the insertion of the electrode array is a particular challenge because it may easily reach into the internal auditory canal due to the open connection ( Fig. 5 ). Intraoperative cone beam computed tomography is a very useful tool in this context. Speech understanding after cochlear implantation is good and comparable to patients without inner ear malformation 87 88 .

Fig. 5.

Fig. 5

Patient with X-linked deafness. Axial CT scan of the temporal bone in two levels a A widely open connection between the internal auditory canal and the basal turn is revealed as well as a missing modiolus and missing lamina cribrosa (black arrow). b On the left side, the broad canal of the facial nerve is well displayed (black arrowhead). After cochlea implantation, malposition of the left-sided inserted CI electrode array in the internal auditory canal (white arrows) is observed.

In 1995, Kok et al. were the first to describe the location of the mutation on the gene POU3F4 89 . Since then, more than 63 causal mutations on the POU3F4 gene (DFNX2) have been reported, among them 44 point mutations and various deletions 90 . POU3F4 is expressed in the developing neural tube and later especially in the areas of the brain, supraoptically and paraventricularly in the hypothalamus nuclei. Already in 1982, Myhre et al. reported about a recessive X-linked disorder with congenital deafness and hypogonadism 91 . The patients of our own department have hamartomas of the hypothalamus in more than 90% of the cases that are characterized by hypogonadotrophic hypogonadism in contrast to the usual clinics in the context of hamartomas that are associated with laughing fits and precocious puberty 92 . Siddiqui et al. described hypothalamic malformations in patients with X-linked deafness and IPT3 so that these may be classified as syndromic malformations 93 .

X-linked deafness with an identified gene defect in POU3F4 is not the only hearing disorder associated with mutations identified on the X chromosome. Altogether, they make up about 1–2% of syndromic and non-syndromic hearing disorders. Up to now, 6 loci and 5 genes have been identified for non-syndromic hearing loss and at least 15 for syndromic hearing loss 94 , among them Norrie syndrome, Cornelia-de-Lange syndrome, Fabry syndrome, Alport syndrome, STAR syndrome, PIGA syndrome, and X-linked adrenoleukodystrophy, just to mention a few syndromes that are all considered as rare diseases.

3.2 Complete aplasia of the semicircular canals and CHARGE syndrome

The complete aplasia of the semicircular canals is the main criterion of CHARGE syndrome, which may also occur as isolated symptom. It has also been described in combination with Wildervanck, Noonan, Goldenhar, or VACTERL syndrome 95 96 . The first description was made in 1979 independently by Hall and von Hittner so that the disease is known under the name of Hall-Hittner syndrome. The acronym CHARGE, however, was suggested by Pagon et al. in 1981 97 : C oloboma, H eart defects, choanal A tresia, R etardataion, G enitourinary and E ar abnormalities. The criteria applied today were suggested by Blake et al. in 1998 and revised by Verloes et al. in 2005 98 . Verloes emphasized in particular the three Cs as main criteria: coloboma, choanal atresia, and hypo-/aplasia of the semicircular canals. Depending on the number of the fulfilled criteria, the difference is made between typical, partial, and atypical CHARGE syndrome. However, only the presence of a few criteria is required for the diagnosis. The phenotypes in CHARGE syndrome are protean. Regarding the main criteria, ear malformation is observed in 95–100%, 90% occurring in the inner ear 99 , followed by coloboma in 90% of the cases and neural malformations especially of the facial nerve in 50–90%, depending on the literature. The diagnosis of complete aplasia of the semicircular canals (SCC aplasia) is made based on imaging by means of computed tomography. Among the inner ear malformations, it represents a particularity because the phylogenetically older part of the labyrinth is missing. Accordingly, severe genetic alterations are present that become obvious due to the described multitude of associated malformations of the eye, midline structures of the facial skull, mediastinal malformations (cardiac and esophageal ones, possible thymus aplasia), and malformations of the efferent urinary pathways and genitals that all belong to different non-adjacent embryonic territories. CT scan and MRI of the temporal bone is the imaging technique of choice for existing hearing disorders in order to exclude possible inner ear malformations. CT scan of the temporal bone reveals the complete aplasia of the semicircular canals including the utricle ( Fig. 6 ). The visible vestibule is small, mostly comma-shaped, and contains only the saccule belonging to the inferior part ( Fig. 7 ). The cochlear mostly has a reduced number of turns (hypoplasia). Missing separation of the scalae may be an accompanying finding. In frequent neural hypo- or aplasias, also the internal auditory canal is narrow. In MRI, the depiction of the nerves is performed by means of high-resolution T2 sequence. The facial nerve and the vestibulocochlear nerve may be completely missing (4% of the cases); however, mostly a facial nerve is found and the hypo- and aplasia concerns more frequently a part of the vestibular nerve than of the cochlear nerve. Another accompanying malformation in the area of the temporal bone is a persisting petrosquamous sinus in up to 80% of the cases. It is a surgical challenge in the context of cochlear implantation like a missing oval or round window and a small middle ear. An aberrant course of the facial nerve in the middle ear can also be observed. In rare cases, the petrosquamous sinus may perform the venous drainage of the intracranial space from the transverse sinus. Furthermore, in a small percentage the venous exit occurs via the postglenoid foramen dorsal of the temporomandibular joint. In these cases, only a very small jugular foramen is found.

Fig. 6.

Fig. 6

Complete aplasia of the semicircular canals. Axial CT scan of the temporal bone with complete aplasia of the semicircular canals. a Bilateral hypoplastic cochlea. b On the right, a normal width of the cochlear aperture is found, on the left, the aperture is severely narrowed (arrow) – hypo- or aplasia of the cochlear nerve can already be assumed but MRI has to provide the evidence. c Narrow internal auditory canals (black arrows) are typical such as the bilateral comma-shaped vestibule (white V). d The semicircular canals cannot be displayed, the vestibular aqueduct (arrow) is the only narrow structure.

Fig. 7.

Fig. 7

Aplasia of the semicircular canals. Volume rendering from the T2 dataset of MRI of a patient with complete aplasia of the semicircular canals and CHARGE syndrome. The cochlea (arrowhead) is hypoplastic and the vestibule (arrow) contains only the saccule. The semicircular canals are not developed.

In some cases, also coloboma of the eye is directly seen in the imaging. It is another of the three Cs, the main criteria according to Verloes of 2005. Coloboma is a congenital cleft of the iris, lens, and ocular fundus. In the last mentioned case, it can be made visible in tomography as protrusion of the ocular bulb around or beside the optic nerve ( Fig. 8 ). Accompanying microphthalmia may be observed. The third C can also be diagnosed through CT scanning: choanal atresia, which may be present unilaterally or bilaterally as well as bony or only as fibrous closure. However, especially in cases of bilateral appearance it becomes obvious already at birth and has been treated at the time of assessing the appropriateness for cochlear implantation.

Fig. 8.

Fig. 8

T2 weighted axial MRI of a child with CHARGE syndrome in the context of preliminary cochlea implant examination. Coloboma is found at the right (black arrow) and left eye.

Data on the incidence of accompanying hearing disorder in CHARGE vary between 50% for severe hearing disorder and 90% for deafness. In our own patient population with exclusively patients with complete aplasia of the semicircular canals, nearly all cases have severe hearing loss or deafness. If the cochlear nerve is present, cochlear implantation is the therapy of choice. Implantation may represent a particular challenge because the accompanying malformations complicate the access to the cochlea. Therefore, careful assessment of the CT scan should be performed in order to identify the optimal access. Speech understanding after CI has a broad spectrum depending on the abilities of the patients with possible simultaneous retardation, blindness and other disabilities. Overall, a benefit is reported, independently from the severity of CHARGE. About half of the implanted children use speech as communication way one year after implantation 97 .

The genetic cause of CHARGE syndrome is a mutation of the CHD7 that leads to functional loss. Patients who meet the diagnostic criteria of CHARGE syndrome have a mutation in up to 95%. Most mutations are singular and equally distributed over the coding region of CHD7. More than 500 different pathological changes have been described up to now. 75% of them are frameshift or nonsense mutations. Nearly all mutations develop de novo; but also familial accumulation has been described. In such CHARGE families, a broad spectrum of clinical manifestations is observed with parents suffering from very mild symptoms that barely meet the criteria up to the full spectrum in the children.

Regarding the manifestation of CHARGE syndrome, overlapping with Kallmann syndrome is found as well as 22q11.2 deletion. Anomalies of the olfactory nerve are found in Kallmann as well as in CHARGE syndromes. Immune defects are frequent in 22q11.2 deletion, but they may also appear in CHARGE. As in 22q11.2 deletion, thymus aplasia may be observed. In cases of middle ear infections a thymus aplasia must be taken into consideration in children with CHARGE because middle ear infections are not always due only to anatomical circumstances.

3.3 Cochlear implantation in cases of cochlear malformations

Hearing rehabilitation has a high success rate not only in patients with normally developed anatomical labyrinth displayed in CT scans but also in patients having a bone malformation revealed in the context of cochlea implant examination (about 20%) 100 . The care for these patients represents a particular challenge. Complications e. g., caused by an aberrant course of the facial nerve or the increased risk of meningitis may occur very frequently when anomalies of the cochlea are found 79 84 101 102 103 . Hence, an intensive evaluation of every cochlear implant candidate is crucial, in particular of children, in experienced centres. A series of different descriptions of inner ear malformations is found in the literature and the same term may be interpreted in quite various ways, depending on the author. Already in the 1990ies, Lenarz and colleagues and Sennaroglu et al. in 2017 requested a standardized description of malformations 79 103 in order not only to allow comparisons and knowledge exchange, but especially to establish guidelines for patient care.

A standardization taking into account the anatomy was pursued by Jackler in the 20 th century and by Sennaroglu in 2002 as well as numerous other authors. Not only the entire spectrum of malformations was described in this context but also single and partly rare subgroups. The complete partitions 1 and 2 were completed by atypical cases, e.g., IPT2 (former Mondini in the classic sense) without enlarged vestibular aqueduct 104 ; or IPT1 that has exactly this enlargement 104 . The course of the facial nerve in the temporal bone has been investigated in detail 105 . Cochlear hypoplasia was classified more specifically 106 107 108 . All this reflects the enormous possibilities to combine genetic factors in order to provide this highly complex spectrum of different malformations. However, several malformations occur more frequently than others and they are worth being accurately classified.

Taking the example of the term common cavity, it becomes clear how differently the term is used and how incompletely the development of inner ear malformations is understood despite advances in genetics and imaging. In the literature, the term of“common cavity is used for different types of malformations, at least three fundamentally different groups are included: 1) With the term of common cavity, Jackler described an otocyst that still bears the predisposition of the cochlea, the vestibule, and the semicircular canals, i. e., a malformation at a very early developmental level. 2) Other publications use the term in the sense that the cochlea and the vestibule, both coarsely developed, are non-partitioned and dilated and form a common cavity, i. e., a broad transition is found between both. At the fundus of the internal auditory canal, the cochlear and the vestibular nerve can generally not be differentiated. In the American literature, sometimes the term of cystic cochleovestibular anomaly ( Fig. 8 deformity) is applied 109 . At the same time, the malformation has no clear delimitation criteria with regard to incomplete partition 1, where also the cochlea is dilated and non-partitioned and the vestibule is severely stumpy. An arbitrary definition could possibly be the width of the transition, which has no functional consequences for cochlea implantation. 3) Sennaroglu indicates that cochlear aplasia cannot always be delimited of common cavity in all cases 79 . He describes an oval malformation that is located mainly dorsal to the internal auditory canal and definitely has neural connections (in contrast to the otocyst deformities described by Jackler that does not need them). Both, cochlear aplasia as well as common cavity may have rudimentary or partly well-developed semicircular canals. Thus, the common cavity cannot be differentiated from cochlear aplasia in CT scans. Only the criterion of sclerotic areas ventral/inferior to the internal auditory canal that often exists in cases of cochlear aplasia is not applied for differentiation ( Fig. 9 ). However, based on own observations, this sclerotic area is present in nearly all cochlear aplasias. This overlapping makes differentiation rather difficult; decisions for cochlear implantation should be made based on the evidence by MRI of the internal auditory canal and the nerves. This example shows how important tomography with multiple levels of the labyrinth are to assess the respective malformations. If only one layer is shown, as it is often found in publications, the criteria that are necessary for evaluating a malformation cannot always be understood. With regard to the individual assessment and therapy, 3-dimensional reconstruction and the individual adaptation of the electrode that is possible in this way represents a logical consequence 106 .

Fig. 9.

Fig. 9

Patient with cochlear aplasia. a The black arrows show the sclerotic area of the otic capsule where normally the cochlea is found. b and c show further dorsally located areas that comprise the dysplastic vestibule that is marked in d with black arrows on both sides.

Publications are available that report about speech understanding after cochlear implantation in cases of cochlear aplasia 100 . Those cochlear aplasias are called common cavity by other authors. The presence of a spiral ganglion that can be stimulated cannot be assessed in CT scans. A combination of CT morphology and neural predisposition as it appears in MRI is more suitable to predict the possible benefit of cochlear implantation. These techniques are applied since long time in cochlear implant candidacy evaluation. Giesemann et al. have established the classification based on the severity of associated neural malformations in 2012 110 . It becomes clear that severe malformations regularly have an entire spectrum of different nerve aplasias with certain probabilities. The resolution limit of MRI is crucial and further procedures such as the promontory test and BERA should be applied as well. It is still one of the open questions in the field of healthcare regarding malformations, up to which level hypoplasia of the cochlear nerve may lead to successful implantations.

The Table summarizes examples of a classification that includes the clinically most important malformations that may be well differentiated by imaging morphology in relation to the presence of a cochlear nerve 110 .

4 Susac’s Syndrome

Susac’s syndrome defines an autoimmune microangiopathic endotheliopathy that leads to closure of the precapillary arterioles of the brain, the retina, and the inner ear 111 . The neuroophthalmologist John O. Susac (1940–2012) lent his name for this disease. A systematic review article from 2013 summarizes the data of all cases of this rare disease that had been described until then 111 and defines criteria based on which this disease may be diagnosed that is characterized by multifaceted phenotypes 112 . The majority (nearly 80%) of the patients are females. Since autoimmune diseases are observed more frequently in women, this fact supports the possible autoimmune origin of Susac’s syndrome 111 . Even if the characteristics of the disease are clearly defined, the diagnosis is often difficult and is associated with a long way for the patients. Severe neuropsychological deficits, visual field failures, and hearing loss but also unspecific symptoms like cephalgia may occur.

The majority of these patients initially develop neurological symptoms so that the disease is often misdiagnosed as multiple sclerosis. Within 2 years, about 85% of the patients develop the characteristic triad 111 . Also, non-classic symptoms have been described in patients with Susac’s syndrome. A recently published paper that retrospectively investigated the hearing loss of the well-known painter Francisco Goya (1746–1828) with the background of current knowledge assumes an uncharacteristic manifestation of Susac’s syndrome even if the painter fortunately had no significant disorder of his visual field 113 . An otologic manifestation of syphilis, other vasculitis diseases such as Churg-Strauss or autoimmune diseases like Cogan syndrome may cause symptoms that are similar to Susac’s syndrome. One characteristic of the disease is the hearing loss of low frequencies, initially unilateral and reversible, later also bilateral and persistent 111 114 . In rare cases, the hearing loss manifests as the first symptom, even years before the disease is diagnosed 115 . Fluorescence angiography and tone audiometry should be applied as early as possible in order to confirm the suspected diagnosis 111 . Multiple disseminated lesions, in particular snowball-like changes in the area of the corpus callosum and a leptomeningeal enhancement are characteristic cranial changes in MRI 116 . An early and aggressive treatment in particular in cases of neurological manifestation leads to a favorable prognosis.

An interdisciplinary approach and close communication between neurologists, ophthalmologists, neuroradiologists, and otolaryngologists is vital and accelerates the confirmed diagnosis. The low frequency hearing loss, as it can appear as initial sign of Susac’s syndrome, may also suggest Menière’s disease, low frequency type of sudden sensorineural hearing loss, or intra-cochlear schwannoma 117 . With a prevalence of about 0.2%, also Menière’s disease is considered as rare disease of the inner ear and is often assumed in patients presenting with low frequency hearing loss and vertigo. The symptoms of vertigo alone or in combination with low frequency hearing loss, however, may also occur in patients with Susac’s syndrome. Therefore it is possible that Susac’s syndrome remains unidentified and the patients are treated for Menière’s disease with steroids. Patients who are initially diagnosed with low frequency type of sudden hearing loss may suffer from Susac’s syndrome. With this background, an ophthalmological and neurological consultation of all patients with assumed sudden hearing loss or Menière’s disease seems to be reasonable.

The pathophysiology of Susac’s syndrome is caused by an occlusion of the lumen of minor vessels 114 . It is hypothesized that the underlying cause is binding by antibodies against vascular endothelial cells or T cell mediated swelling of vascular endothelial cells. Furthermore, MRI studies have revealed a disturbed microvascular blood-brain barrier in Susac’s syndrome that was caused by inflammatory changes of the vascular wall 118 .

5 Hearing Loss and Microcirculation

Normal inner ear function is predicated on a perfectly functioning microcirculation of the vessels of the labyrinthine artery that enters the organ via the internal auditory canal. The presence of a disturbed microcirculation in the inner ear is suspected in several diseases. The inner ear supply is based on an end artery, i. e. there are no anastomoses with other vessels that could take over the organ supply in cases of occlusion. The labyrinthine artery originates from the anterior inferior cerebellar artery and divides into 3 main branches in the inner ear: the anterior vestibular artery, the vestibulocochlear artery, and the cochlear artery 119 . A disorder of the microvascular blood-labyrinth barrier is also assumed in Menière’s disease, based on an increased gadolinium uptake in affected inner ears in MRI trials 120 . Disturbance of the blood-labyrinth barrier is assumed to be more severe in sudden sensorineural hearing loss 120 . Post mortem analyses of patients who had suffered from Menière’s disease reveal an increased expression of inducible nitrogen monoxide synthase, damage of the vascular endothelial cells, degeneration of the perivascular basal membrane and extracellular matrix, and loss of the blood-labyrinth barrier. These changes are consistent with increased oxidative stress 120 . Even more interestingly, similar molecular processes (release of pro-inflammatory cytokines and endothelial and mitochondrial dysregulation as well as oxidative stress) have been identified as basic and common sign of multiple organ failure 121 so that these processes must rather be considered as the result of a series of insults and damages and not as causes. At the molecular level, patients suffering from Menière’s disease reveal an upregulation of cochlin as well as downregulation of collagen IV and laminin-beta 122 . To date, post-mortem investigations of patients having suffering from Susac’s syndrome, have not confirmed these findings. The classic vertigo attacks that are reported by patients with Menière’s disease are not observed in Susac’s syndrome. Nonetheless, from an otolaryngological point of view, acute or fluctuating, or (intermittently) progressive sensorineural hearing loss restricted to the apical cochlear region based on an endolymphatic cochlear hydrops is one of the most important differential diagnoses of Susac’s syndrome besides Cogan syndrome.

To discover molecular markers in the blood or other body fluids for certain inner ear diseases, such as cochlin in Menière’s disease, might be one of the ways to lead us into modern oto-rhino-laryngology. Initial approaches of perilymph analyses in patients performed during surgical inner ear interventions have allowed the identification of numerous proteins that could not be detected in the liquor or plasma 123 . Furthermore, inflammatory marker proteins were identified in human perilymph 71 so that establishing an inflammasome profile of the perilymph may give hints about the pathomechanisms of certain diseases. In particular, it may be a valuable method to characterize rare inner ear diseases. Even if the perilymph collection during cochlea implantation does not influence the residual hearing of the patients 123 , i. e. possible additional damage of the inner ear seems to be very improbable, perilymph collection as minimally invasive intervention under local anesthesia in cases of significant residual hearing has not been proposed until now. The characterization of the perilymph of a “normal” cochlea is rather difficult because up to now only examinations have been performed in patients who suffered from other diseases of the neural system, e. g., meningiomas 124 .

Another development in the era of Big Data, artificial intelligence, and machine learning is the availability of databases ideally providing the complete data worldwide in specific consortiums of patients who suffer from a certain (rare) disease. Even as contact points for patients to retrieve information about competence centers and support groups, disease-specific consortiums are highly valuable especially in cases of rare diseases. With regard to Susac’s syndrome, such activities are coordinated via the European Susac Consortium (EuSaC; http://www.eusac.net).

6 Rare Diseases of the Cochlea: Outlook and Conclusion

The inner ear is anatomically and histologically a highly complex organ consisting of different tissue types. Developmental disorders and pathophysiological processes occurring during life may affect all tissue types of the inner ear and lead to hearing loss. Even if hearing loss is the most frequently observed degenerative sensorineural disease from a statistical point of view with 16% of affected Europeans, hearing loss is also an important component of many rare diseases. In particular in pediatric patients, these diseases may be overlooked. Even if the diagnostics of many rare diseases is nowadays facilitated by accessing bioinformatics databases and analysis software, an interdisciplinary examination (e. g., neurology, cardiology, nephrology, rheumatology, ophthalmology as well as otorhinolaryngology) is obligatory because of the highly variable phenotypes.

Due to their rare occurrence, rare diseases are often neglected in teaching and education of young physicians because the probability to encounter such cases in daily routine is rather low. However, if a combination of disorders (e. g., eye-inner ear, musculoskeletal system-inner ear, heart-kidney-inner ear, inner ear-thyroid, inner ear-gonads) is observed, it becomes clear that they may in fact occur more frequently. However, it also becomes clear how valuable the clinical discussion of the rare disease of an organ system is beside the embryonic development in order to understand the organ with its structure, its functions, and its diseases.

The human genome project and the high throughput sequencing methods that are now available as well as analyses of the proteome, transcriptome, epigenome, metabolome as well as microbiome offer the chance already today to sharpen disease profiles. Different disorders having similar symptoms (phenotypes) may be different on a molecular level and have to be treated in different ways (e. g., mitochondrial disease versus lysosomal storage diseases). It is well understood that genes controlling several signals and chromosomal anomalies that lead to the simultaneous loss of several genes cause broad-spectrum effects and severe manifestations. For example, the original classification system of the Charcot-Marie-Tooth syndrome reveals how clinical thinking about rare diseases changed during the last years. Initially based on phenotypes, the classification system was completed on the basis of progression and physiological measurements until finally the current classification based on the genotype (currently more than 80 genes) was established. Even if it could be shown that disease-specific genes generally tend to be expressed in a limited number of tissues, it is still unclear how tissue-specific expression patterns of disease genes correlate with their pathological manifestations. Proteome analyses reveal that most gene products assume their function often in combination as complexes of several different proteins 125 . This might explain why mutations of different proteins lead to a similar phenotype. Recent approaches show that a tissue-specific overexpression of genes in the medulla, the dorsal ganglion, and the skeletal muscles coding certain protein complexes correlate with the pathological manifestation of Charcot-Marie-Tooth syndrome 125 . The cellular components that are affected are the telomere regions of the chromosomes; and the biological processes that are disturbed belong to the mechanosensory system 125 . Those classification systems also mean that several biological processes that were unknown may lead to hearing loss: basal membrane/collagen defects, overexpression of growth factors (e. g., TGF beta/interleukins) as well as disorders of the melanocytes, autophagy, and methylation. How this additional knowledge may be used in order to establish new treatment methods especially for patients who suffer from rare diseases, will have to be investigated in future trials.

The example of Susac’s syndrome shows that not only other inner ear diseases have to be considered in the differential diagnosis, but also ophthalmological or neurological diseases. It is important to think of an (possibly initial) audiological manifestation of a rare disease if sensorineural hearing loss has an unknown origin. Interdisciplinary diagnostic assessment may be helpful to detect occult symptoms and to early find a correct diagnosis. How hearing loss may already be diagnosed in these cases before it manifests, will be a prognostically relevant question. Patients with subjectively undisturbed hearing at rest may have difficulties in understanding speech in noise (also known as synaptopathy or hidden hearing loss, which may be present as early symptom of progressive neurodegeneration). Often this disorder remains undetected because the patients are not aware of it; and with routinely applied procedures, it cannot be identified. Targeted testing of speech understanding in noise can lead to a correct indication. This would allow an early introduction of therapy in diseases such as Susac’s syndrome. The identification of patients suffering from hidden hearing loss 126 is finally also relevant because currently 3 clinical trials investigate new therapies for treatment with promising results.

Numerous molecular and cell physiological processes are the basis for hearing loss especially in the context of rare diseases. The future of (also merely symptomatic) treatment of inner ear diseases, that are often rare diseases, may benefit from the early identification of molecular disorders.

Footnotes

Interessenkonflikt Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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Embryologie, Fehlbildungen und seltene Erkrankungen der Cochlea

Zusammenfassung

Auch wenn die einzelnen Krankheitsbilder selten sind, stellen seltene Erkrankungen der Cochlea in ihrer Gänze eine doch gehäufte Entität dar, die zu Hörstörungen führt. Ein/Das Ziel des vorliegenden Referates war es, unter Berücksichtigung der Embryonalentwicklung der Hörschnecke und einer systematischen Zusammenfassung eine übersichtliche Darstellung der seltenen cochleären Erkrankungen zu ermöglichen. Auch wenn rapide biotechnologische und bioinformatische Fortschritte die Diagnose einer seltenen Erkrankung erleichtern, so kann oft nur im interdisziplinären Austausch der Verdacht einer seltenen Erkrankung erhoben werden. Trotz gleicher zugrunde liegender Mutationen kann der Phänotyp nicht nur bei den genetisch bedingten Hörstörungen sondern auch bei den syndromalen Erkrankungen stark variieren. Schließlich wird deutlich, dass der Phänotyp der einzelnen seltenen Erkrankungen nicht ausschließlich durch die klassische Genetik bestimmt werden kann.

Schlüsselwörter: seltene Erkrankungen, Cochlea, Embryologie des Innenohrs, cochleäre Malformationen

Einleitung

Die Cochlea ist ein hochkomplexes Mikrosystem. In ihrem vollständig ausgebildeten Stadium besteht sie aus dem Spiralganglion (neuronales Gewebe gestützt von Satellitenzellen), dem Corti-Organ (Neuroepithel zur Sinneswahrnehmung), der Stria vaskularis (hoch vaskularisiertes Epithel, das für den Ionentransport verantwortlich ist) sowie der otischen Kapsel (Knochengewebe). Am Vorgang des Hörens ist das Immunsystem (endolymphatischer Sack) beteiligt, auch wenn die Cochlea zunächst als immunprivilegiertes Organ gesehen wurde. Ähnliches Gewebe wie in der Cochlea ist auch in anderen Organsystemen zu finden: Zum Beispiel besitzen Gehirn, Hirnnerven und periphere Nerven ein ähnlich aufgebautes neurales Netzwerk; ein komplexes und hoch-strukturiertes Sinnesepithel wie im Corti-Organ findet sich ebenfalls in der Retina; die Stria vaskularis und die Nierenkörperchen sind metabolisch hoch aktive Gewebe zur Aufrechterhaltung des Ionengleichgewichts. Diese strukturellen Ähnlichkeiten der Cochlea mit verschiedenen anderen Geweben spiegelt sich in der Tatsache wider, dass viele der Innenohrerkrankungen auch andere Organsysteme betreffen können.

Erkrankungen der Hörschnecke gehen in der Regel mit einer Hörminderung einher. Auch wenn Typ und Grad der Hörstörung sowohl subjektiv als auch objektiv gut gemessen werden können, so bleibt die Ursache der Hörstörung in den meisten Fällen unbekannt. Insbesondere die seltenen Erkrankungen der Hörschnecke bleiben oft undiagnostiziert und stellen eine besondere Herausforderung dar, v. a., weil vielen Allgemeinmedizinern aber auch Fachärzten viele seltene Erkrankungen weitestgehend unbekannt sind.

Für die Cochlea sind zahlreiche Erkrankungen als selten eingestuft (siehe Tabellen). Moderne molekularbiologische Verfahren haben in den letzten Jahren die Ursache der meisten seltenen Erkrankungen aufgedeckt, sodass sich daraus gelegentlich die Pathophysiologie ableiten lässt. Nicht selten hat das Studium einer seltenen Krankheit neue Erkenntnisse zur Funktion und zum molekularen Aufbau der Hörschnecke hervorgebracht oder könnte gar neue Behandlungsmethoden ermöglichen.

Im vorliegenden Referat werden alle den Autoren bekannten seltenen Erkrankungen gelistet und tabellarisch charakterisiert, bei denen primär auch eine Beteiligung der Cochlea vorliegt. Weitere, primär in den anderen Organsystemen der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde auftretende seltene Erkrankungen, die auch die Cochlea betreffen können, sind den anderen Referaten dieser Ausgabe zu entnehmen (Seltene Erkrankungen des Mittelohres und der lateralen Schädelbasis: Weiss NM; Seltene Erkrankungen im Kopf-Hals-Bereich Teil III: Speicheldrüsen und Nervus Facialis: Scherl C; Seltene Erkrankungen des vestibulären Labyrinths: von Zebras, Chamäleons und Wölfen im Schafspelz: Dlugaiczyk J.) Bei der tabellarischen Listung wurde versucht, die Erkrankungen anhand ihrer Pathophysiologie oder Pathogenese zu gruppieren und so einen Überblick zu schaffen.

Ein weiterer Ansatz zum Verständnis der seltenen Erkrankungen der Hörschnecke ist die Kenntnis der Embryonalentwicklung. Dies ist insbesondere für die Malformationen und syndromalen Schwerhörigkeiten wichtig. Über die Embryonalentwicklung der Cochlea werden die molekularen Verbindungsglieder zwischen Herz, Niere und Augen, die bekannt sind, deutlich. Insbesondere die syndromalen Erkrankungen können lehrreich solche Verknüpfungen aufdecken.

Anhand der vaskulär bedingten seltenen Erkrankungen der Hörschnecke wird am Beispiel des SUSAC-Syndroms skizziert, wie schwierig die Diagnose sein kann und wie wichtig Interdisziplinarität und auch internationale Vernetzung sind. Vor allem wird deutlich, wie schwierig und langwierig der Weg zur Diagnose v. a. für den Patienten sein kann.

Anhand weiterer Beispiele (CHARGE-Syndrom, X-linked deafness) wird ebenfalls der Stellenwert der Interdisziplinarität gezeigt, insbesondere aber auch die Bedeutung der Bildgebung v. a. im Rahmen einer anstehenden symptomorientierten Versorgung mit einem Cochlea-Implantat.

Schließlich wird in der Zusammenfassung gezeigt, dass die meisten Erkrankungen trotz des gleichen genetischen Defektes eine Variabilität des Phänotyps aufweisen, die den klassischen Ansatz zur Diagnose anhand der Symptome erschwert. Andererseits zeigen sich Überlappungen bei bestimmten Erkrankungen, obwohl unterschiedliche genetische Defekte der Entstehung zugrunde liegen. Diese Beobachtungen stärken den Stellenwert der Elektrophysiologie, der Bildgebung und v. a. der modernen molekularen Diagnostik einschließlich der Proteom-Analysen, die die Basis in der fortschrittlichen HNO-Medizin der Zukunft darstellen könnte.

1. Embryonalentwicklung und Morphologie der Cochlea

Ein fundamentaler Teil für das tiefe Begreifen eines Organsystems ist das Verständnis der molekularen Evolution der phänotypischen Ausbildung. Die Kenntnis der molekularen Mechanismen, die die Entwicklung des Innenohres bedingen, kann zur besseren Charakterisierung und Klassifizierung der seltenen Erkrankungen und Fehlbildungen beitragen. Daher wird im Folgenden die Embryonalentwicklung des Innenohres skizziert.

Man unterscheidet die Entwicklung von häutigem und knöchernem Labyrinth: während ersteres aus einem vom Ektoderm abgeschnürten Ohrbläschen entsteht, ist das knöcherne Labyrinth ein Derivat des Mesenchyms.

Die Ausbildung des Innenohres erfordert neben der Morphogenese auch die Spezifizierung des Zellschicksals. Die Morphogenese beschreibt die Ausbildung der Otozyste bis hin zu den flüssigkeitsgefüllten Räumen des Labyrinths und der Cochlea, beginnend aus einer flachen Verdickung des Ektoderms. Spezifizierung des Zellschicksals meint die Entwicklung von Neuronen, sensorischen Zellen sowie den zahlreichen nicht sensorischen Zellen des Innenohres. An diesen Prozessen ist eine Vielzahl von Genen und dadurch induzierte biochemische Prozesse beteiligt, die ein hochkomplexes spatiotemporales Expressionsmuster aufweisen. Die genauen Mechanismen, die dabei eine Rolle spielen, sind bislang nur teilweise geklärt.

1.1 Morphogenese des Innenohres

Die meisten der Zelltypen, die das Innenohr eines Erwachsenen ausmachen, haben einen gemeinsamen Entwicklungsursprung in der otischen Plakode. Die otische Plakode ist der erste Schritt zur Entwicklung des Innenohres ( Abb. 1 ; 3. Woche links). Es handelt sich hierbei um eine Verdickung des Ektoderms lateral des Rautenhirns, die sich durch Invagination ( Abb. 1 ; 3. Woche) in das darunterliegende Mesenchym zu einer vesikulären Struktur, der Otozyste (Synonyme: Ohrblase, Ohrvesikel), entwickelt 1 ( Abb. 1 ; 3. Woche, rechte Graphik). Die Otozyste teilt sich in einen vestibulären und cochleären Anteil ( Abb. 1 ; 4. Woche), wobei die vestibulären Kompartimente des häutigen Labyrinths aus dem dorsolateralen und die cochleären Strukturen einschließlich Sacculus aus dem ventromedialen Abschnitt des Ohrvesikels hervorgehen 2 .

Abb. 1.

Abb. 1

Skizzierung der Morphogenese des Innenohres. Modifiziert nach Gray’s Anatomy, 41. Edition, 2016 8 , und nach Cummings, 7. Edition, 2020 9 ; Copyright Elsevier

Der cochleäre Anteil verlängert sich zu einer tubulären Struktur, dem Ductus cochlearis ( Abb. 1 ; 5. Woche). Während des Längenwachstums entwickelt sich der Ductus cochlearis zu einer Spirale, und in der 8. Woche der Embryonalentwicklung sind die 2 ½ Windungen bereits vollständig ausgebildet ( Abb. 1 ; 6.+9. Woche). In der 9. Embryonalwoche entwickelt sich das Corti-Organ: anfänglich zeigt es sich als eine Anordnung polygonaler Zellen, von denen alle mit einem Kinozilium und zahlreichen Mikrovilli auf ihrer Oberfläche 3 ausgestattet sind. Die Mikrovilli verschwinden innerhalb der nächsten Wochen zugunsten der Stereozilien 4 , wobei diese sich zuerst auf den inneren und später auf den äußeren Haarsinneszellen entwickeln. Die Ausbildung der Stereozilien ist im Bereich der Basis der Cochlea deutlicher ausgeprägt als im apikalen Bereich. Sie ist das erste morphologische Zeichen der Haarsinneszelldifferenzierung. Nun zeigt sich auch die Anordnung der inneren und äußeren Haarsinneszellen: während sich eine einzelne Reihe innerer Haarsinneszellen entwickelt, kann die Anzahl der Reihen der äußeren Haarsinneszellen zwischen 3 und 4 variieren. Parallel dazu, also zwischen der 9. und 13. Embryonalwoche, bildet sich die Tektorialmembran, die sich über dem Corti-Organ ausbreitet. Die Bindung der Tektorialmembran mit den Stereozilien scheint über ein anfänglich unreifes Stadium, gekennzeichnet durch eine lockere Bindung, sich zu einem reiferen Stadium zu entwickeln, wo eine feste Verbindung zwischen äußeren Haarsinneszellen und Stereozillien ausgebildet wird. Bis zur 15. Woche erscheint das Corti-Organ als eine solide Zellmasse, die von einer dünnen Tektorialmembran bedeckt ist.

Alle Haarsinneszellen haben eine Reihe von Stereozillen entwickelt, allerdings erscheinen die inneren Haarsinneszellen reifer als die äußeren, mit einer ausgeprägten U-Form in der Anordnung der Stereozillien. Bis zur 22. Woche ist dieser Prozess abgeschlossen, die Stereozillien sind ausgereift und zeigen das gleiche Verteilungsmuster wie beim Erwachsenen.

Am Ende der 11. Embryonalwoche ist der Ductus cochlearis von Knorpel umgeben und es bilden sich flüssigkeitsgefüllte Räume aus, die sich bis zur 15. Woche in die Scalae tympani et vestibuli entwickelt haben. In der 18. Woche hat sich aus der soliden Zellmasse des Corti-Organs (benannt nach dem italienischen Anatomen Alfonso Giacomo Gaspare Corti, 1822–1876) bereits der Corti-Tunnel (Synonym: innerer Tunnel, Cuniculum internum) ausgebildet. Auch der Nuellsche Raum (Synonyme: mittlerer Tunnel, Cuniculus medius; benannt nach dem belgischen HNO-Arzt Jean Pierre Nuell, 1847–1920) hat sich ausgebildet und durch die Regression des Kölliker‘sches Organs (benannt nach dem deutschen Anatomen und Physiologen Rudolf Albert von Kölliker, 1817–1905), wird die Tektorialmembran frei. Beim Kölliker’schen Organ handelt es sich um eine Struktur (greater epithelial ridge, große epitheliale Leiste), die sich in der entwickelnden Cochlea vorübergehend ausbildet 5 . Sie besteht aus säulenförmigen Stützzellen, die ATP freisetzen. Dieses bindet sich an die ionotropen purinergen Rezeptoren (P2X-Rezeptoren) der inneren Haarsinneszellen und führt zur Depolarisation und zum Kalziumeinstrom. Dadurch wird der Effekt der Depolarisation durch Schall nachgeahmt, was zu einer periodischen Exzitation der Spiralganglienzellen führt. Auch andere Studien haben gezeigt, dass Ca 2+ -Spikes in neonatalen inneren Haarsinneszellen exzitatorische postsynaptische Ströme in den afferenten Dendriten der Spiralganglienzellen induzieren 6 . Nach Reifung der Cochlea und Einsetzen des Hörvermögens verschwindet diese ATP-induzierte intrinsische Aktivität der inneren Haarsinneszellen. Es wird angenommen, dass diese spontane Aktivität der inneren Haarsinneszellen und der Fasern des auditorischen Nervens auch beim Menschen vor dem Einsetzen des Hörens wesentlich für das Überleben der Neuronen des Nucleus cochlearis, für die korrekte Verschaltung der auditorischen Bahn und für das Ausbilden/Verfeinern der Tonotopie in den auditorischen Nuclei ist. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass periphere, nicht sensorische Zellen, die sich im Kölliker’schen Organ befinden, für die Reifung der Hörbahn verantwortlich sind 7 .

Zwischen der 20. und 22. Fetalwoche ist der Ductus cochlearis bereits deutlich länger und größer im Durchmesser, die Stria vascularis hat ihre charakteristischen 3 Zelllagen entwickelt und die Tektorialmembran ist deutlich ausgeprägter. Es kommt anschließend nach und nach zu einer Verlängerung der äußeren Pfeillerzellen und der äußeren Haarsinneszellen, und die Deitersschen und Hensenschen Stützzellen bilden sich aus. Am Ende des 2. Trimenons hat die Cochlea eine bereits reife Erscheinung, wobei die Synapsen der efferenten Hirnstammfasern noch nicht komplett ausgebildet sind.

Der N. cochlearis entwickelt sich aus einer Gruppe von Zellen (Neuroblasten), die sich aus dem medialen Abschnitt des Ohrepithels ablösen und in das darunter liegende Mesenchym einwandern. Sie bilden das VIII. (vestibulocochläere) Ganglion, woraus sich der 8. Hirnnerv entwickelt 10 . Die Ganglienzellen, aus denen sich der akustische Teil des Hörnervens ausbilden wird, ordnen sich um den Modiolus an, um das Spiralganglion zu formen. Aus diesen Ganglienzellen bilden sich Axone, die sich zentral zum Hirn und peripher zum Corti-Organ ausrichten. Die Axone bilden während der 5./6. Gestationswoche als Erstes eine Synapse mit den Hirnstammneuronen aus. Die Dendriten erreichen die Basis der Cochlea erst gegen Ende der 9. Embryonalwoche und bilden Kontakte mit den sich entwickelnden Haarsinneszellen zwischen der 10. und 12. Embryonalwoche aus 11 . Bereits Ende der 12. Gestationswoche beginnt die Ausbildung der klassischen afferenten Synapsen zwischen Neuronen und Haarsinneszellen. Dieses zeigt sich durch die Formung von mit Vesikeln umgebenden präsynaptischen Körpern an der Basis der inneren Haarsinneszellen, welche in der 13. Woche auch bei den äußeren Haarsinneszellen zu beobachten sind. In der 14. Fetalwoche sind die Synapsen der Spiralganglienzellen mit den inneren und äußeren Haarsinneszellen von basal nach apikal ausgebildet, wobei die Myelin-formenden Schwannzellen sich erst mit der 15. Fetalwoche nachweisen lassen. In diesem frühen Stadium sind die äußeren Haarsinneszellen ausschließlich afferent innerviert; die Ausbildung axo-somatischer Synapsen mit dem efferenten System entwickelt sich beim Menschen erst mit dem Einsetzen der cochleären Funktion, also erst um die 20. Woche. Diese Beobachtung in der Embryonalentwicklung der Synapsenformung scheint einen evolutionären Prozess widerzuspiegeln. Während die äußere Haarsinneszellen am Anfang durch die Synapsenausbildung rein sensorische Aufgaben übernimmt (die Weiterleitung auditorischer Signale an das Gehirn), können durch die efferente Verschaltung am Ende der Reifung des Corti-Organs spezifische Aufgaben übernommen werden, wie z. B. die Beeinflussung der cochleären Mikromechanik. Dieser Prozess ist in den basalen und mittleren Regionen der Cochlea deutlicher ausgeprägt als in den apikalen Regionen. Dies scheint insbesondere an den wenigen efferenten Fasern zu liegen, die nach apikal auswachsen und den äußeren Haarsinneszellen das Innervationsmuster für eine rein sensorische Funktion erhalten. Betrachtetet man parallel die Ziliogenese, so wird deutlich, dass der apikale Bereich in einem unreiferen Stadium verbleibt, sodass basierend auf der Embryonalentwicklung die Cochlea korrekterweise in einen basalen und einen apikalen Part unterteilt werden sollte. Ab der 22. Fetalwoche zeigt sich eine Myelinisierung innerhalb der Cochlea und dünne Myelinscheiden sind bereits sichtbar 12 . In der 24. Fetalwoche zeigt sich die Ausdehnung der Myelinscheide bis zu dem Austritt des Nervens aus dem Temporalknochen. Ab diesem Punkt erfolgt die Myelinisierung durch Oligodendrozyten, welche sich bereits am Nerven angesiedelt haben. Die zentrale Myelinisierung ist zu diesem Zeitpunkt aber noch nicht erfolgt 13 .

Zwischen der 7. und 8. Embryonalwoche sind die Zentren und Bahnen der Hörbahn bereits entwickelt. Die Neuronen des Hirnstamms, die von den unreifen Axonen des Hörnervens Informationen enthalten, lassen sich am Rande des Hirnstammes als Nuclei cochleares identifizieren. Ein Teil davon kreuzt im Hirnstamm und projiziert seine Ausläufer weiter zentral in den kontralateralen Nucleus olivaris superior 14 . Der andere Teil steigt als Lemniscus lateralis in den Colliculus inferior. Im dorsalen Bereich des Thalamus lässt sich in der 8. Embryonalwoche ein Teil als Corpus geniculatum mediale identifizieren, der von den Axonen aus dem Colliculus erreicht wird. Zwischen der 9. und 13. Woche kommt es lediglich zum Größenwachstum im Bereich des Hirnstammes und zu keiner weiteren strukturellen Veränderung. Dennoch sind die Neurone des Hirnstamms noch sehr klein und unreif, obwohl der Zellkern relativ gut entwickelt ist. Im Verlauf des 2. Trimenons kommt es nicht nur zu einer Vergrößerung der Neurone, sondern auch zur Ausbildung von Zytoplasma und Zellorganellen. Gegen Ende der 24. Fetalwoche zeigen sich auch vermehrt Zytofilamente in den auditorischen Neuronen. Auch in den Axonen der Neurone des Hirnstamms kommt es im 2. Trimenon zu einer beschleunigten Reifung. Neurofilament, gegen Ende der 16. Woche nur in wenigen Neuronen des Nervus cochlearis nachweisbar, ist am Ende des 2. Trimenons gebündelt als Faszikel im Bereich des Nervus cochlearis und des Hirnstammes deutlich zu sehen.

1.2 Molekularbiologie der Embryonalentwicklung

Die otische Plakode, aus der das gesamte Innenohr sich entwickelt, ist Teil einer Reihe von kraniofazialen Plakoden, aus denen sich verschiedene Strukturen entwickeln (z. B. das olfaktorische Epithel, Neuronen verschiedener kranialer sensorischer Ganglien, die Augenlinse). All diese Plakoden entstehen in der prä-plakodalen Region, die durch die Expression eines gemeinsamen Satzes von Transkriptionsfaktoren (Six1, Eya2 und Foxi3) gekennzeichnet ist 15 . Die Ohrblase (Otozyste) entwickelt sich aus der prä-plakodalen Region auf Höhe der Rhombomere 5 und 6 unter Einfluss des FGF-Signalweges 15 . Die Transkriptionsfaktoren Pax2 und Pax8 sind Marker der Ohrblase. Für die Ausrichtung des Innenohres werden Genexpressionsprofile innerhalb der Ohrblase, in dem an der sich entwickelnden Ohrblase angrenzenden Gewebe, innerhalb der Grenzen zwischen otischem und angrenzendem Gewebe sowie innerhalb der Grenzen der Kompartimente, in denen die entwickelnde Ohrblase schematisch eingeteilt werden kann, verantwortlich gemacht ( Abb. 2 und 3 ). Das Rautenhirn ist in Segmenten angeordnet, die als Rhombomere bezeichnet werden. Jedes Rhombomer ist in der Lage, spezifische Gene zu exprimieren. Die otische Plakode grenzt an Rhombomer 5 und 6, weshalb diesem Bereich eine bedeutende Rolle in der axialen Organisation sowie in der Spezifizierung der Schicksale der Zellen des Innenohres zugewiesen wird. Mausmutanten, die Defekte des Rhombenzephalons im Bereich der Rhombomere 5 und 6 aufweisen, bei denen allerdings die Grenze zwischen Rhombomer 5 und 6 erhalten ist, zeigen eine normale Ausbildung des Innenohres. Die Grenze zwischen den beiden Rhombomeren entspricht nahezu exakt der Mittellinie der Ohrblase und bedingt womöglich die Spezifizierung der Zellen der Otozyste zum anterioren und posterioren Kompartiment. Da diese beiden Rhombomere sich sehr früh entwickeln, können sie mit unterschiedlichen Signalen die Entwicklung der anterioren und posterioren Otozyste beeinflussen 16 . Für die Signaltransmission zwischen Zellen der Otozyste und Zellen des Rhombenzephalons konnte das Eph/Ephrin System verantwortlich gemacht werden 17 . Während die Zellen des Rhombomers 6 hohe Konzentrationen der Liganden Ephrin B2 und B3, exprimieren, ist in Rhombomer 5 eine hohe Dichte der Rezeptoren EphA4, A7, B2 und B3 vorhanden 18 19 . Das bedeutet, dass die postero-medialen Zellen der Otozyste, welche sich in direktem Kontakt zu Rhombomer 6 befinden, Ephrin-vermittelte Signale erhalten, hingegen Zellen, die zu Rhombomer 5 benachbart sind, dies nicht tun. Womöglich werden diese Signale direkt an den dorsalen Pol der Ohrblase weitergeleitet, wo die Zellen der otischen Plakode in direktem Kontakt zu Zellen aus dem Neuralrohr kommen, weil es dort zu keiner Abgrenzung durch eine Basallamina kommt. Das würde von Anfang an bedingen, dass in der sich entwickelnden Otozyste sich gegeneinander abgegrenzte Kompartimente ausbilden, nämlich das antero-mediale und postero-mediale Kompartiment 16 . Diese Kompartimente sollen für die Anordnung der Zellen und die innenohrspezifische Ausbildung und Ausrichtung des Organs verantwortlich sein. Sie sind durch ihr Genexpressionsprofil gekennzeichnet und definieren und begrenzen die Zellabstammung. Das bedeutet, dass zum einen Zellen in den entsprechenden Kompartimenten die Lokalisation und Struktur der Cochlea und der Bogengänge, des Utriculus, Sacculus sowie des Ductus endolymphaticus bedingen, zum anderen die Vermengung der Zellen unterschiedlicher Linien nicht oder nur erschwert möglich ist ( Abb. 3 ). Darüber hinaus entscheidet wahrscheinlich die Genexpression innerhalb des Kompartiments, welches sensorische Organ (Cortisches Organ, Crista oder Macula) sich ausbilden soll. Lösliche Faktoren sowie Oberflächenmoleküle von Zellen könnten dann durchaus die Zellen entlang der Grenze zwischen den Kompartimenten beeinflussen, allerdings nur solche, die sich in unmittelbarer Nähe der Grenze befinden. Deren Diffusion erscheint zwar möglich, allerdings nur in einem Umkreis von wenigen hundert Mikrometern. Solche Faktoren könnten zum Beispiel Morphogene sein, was bedeuten würde, dass Strukturen, die in die Länge auswachsen, durch die Grenzzone zwischen 2 Kompartimenten induziert werden, hingegen morphologisch punktuell begrenzte Organe wie die Crista sich nur an der Grenze zwischen drei Kompartimenten ausbilden können, damit eine höchst genaue Lokalisation erreicht werden kann.

Abb. 2.

Abb. 2

Der Ort der Ausbildung der otischen Plakode entlang der Körperachse wird über die Expression von „ fibroblast growth factors(FGF) aus dem Neuralrohr definiert 20 . Durch die Freisetzung von FGF im periotischen Mesoderm kurz vor der Ausbildung der otischen Plakode 21 kommt es zur Expression etlicher Transkriptionsfaktoren, die für Entwicklung des Innenohrs notwendig sind 22 23 . Die Ausrichtung der anteroposterioren Achse beginnt mit der Expression von FGF10, „lunatic fringe“ (Lfng), Delta 1, Neurogenin1 (Ngn1) und „neuronal differentiation factor“ (NeuroD1) in der vorderen Region der invaginierenden otischen Plakode. Dieses Genexpressionsmuster beschränkt sich auf die vordere Region der Otozyste. Diese Beschränkung wird durch Tbx1 vermittelt, das ausschließlich in der posterioren Hälfte der Otozyste exprimiert wird. Die dorsoventrale Achse ist abhängig von der WNT- und SHH -Expression im Rautenhirn. WNT wird im dorsalen Bereich exprimiert und bedingt die Hochregulierung von Dlx5, Dlx6, Hmx2, Hmx3 und Gbx2, Gene, die die Entwicklung der vestibulären Strukturen in der dorsalen Region der Otozyste verantworten. Demgegenüber steht die Expression von SHH aus dem Notochord, welches das Schicksal (auditorisch) der Zellen im ventralen Teil der Otozyste bestimmt, indem es die Expression der Transkriptionsfaktoren Pax2, Ngn1, Lfng, NeuroD1, Sox2 und Six1 reguliert. BMP („bone morphogenetic protein“) und SHH hemmen sich gegenseitig, sodass BMP eine wesentliche Rolle bei der Morphogenese des Innenohrs zugesprochen wird. (Skizze modifiziert nach 24 25 ).

Abb. 3.

Abb. 3

Schematische Darstellung der Kompartimente des sich entwickelnden Innenohres und Lokalisation der verschiedenen Organe (Corti-Organ: OC, Sacculus: S, Utriculus: U, Ductus endolymphaticus: ED, Cristae der Bogengänge: AC, PC und LC) sowie der Achsen (AP: antero-posterior; DV: dorso-ventral; ML: medio-lateral). Die Ausrichtung in der antero-posterioren Achse erfolgt vor der Ausrichtung nach dorso-ventral 26 . Die dorsoventrale Achse ist bis zur Ausbildung der Otozyste noch nicht festgelegt 27 . Die Achsenspezifikation beginnt bereits mit der Ausbildung der otischen Plakode und hängt von Faktoren ab ( Abb. 2 ), die von den Rhombomeren 5 und 6 des Rautenhirns exprimiert werden. Sobald ein Rhombomer entlang der dorso-ventralen Achse in ovo rotiert ist, verschiebt die Expression der ventralen Gene Lfng, NeuroD1 und Six1 (siehe Tabelle BOR-Syndrom) in die dorsalen Regionen der Otozyste, wohingegen die Expression dorsaler Gene wie Gbx2 gehemmt ist. Dies bedeutet, dass durch Rotation der Rhombomere ventrale Bezirke des Rautenhirns ventrale Bereiche der Otozyste in dorsales otisches Gewebe transformieren können 26 . Die Ausbildung der Organe des Innenohres nach dem Stadium der Otozyste ist von der Expression von Gata3 (Siehe Tabelle Bakarat-HDR-Syndrom), Eya1 (siehe Tabelle BOR-Syndrom) und FGF3 / 8 (siehe Tabelle Kallmann-Syndrom) abhängig, wie Untersuchungen an Gata3-, Eya1- und FGF3/8-defizienten Mäusen gezeigt haben 28 29 30 . SHH (siehe Tabelle Inkomplette Partition und Carpenter-Syndrom) sowie Pax2 sind cochleäre Gene, da Mutationen in diesen Genen, lediglich die Ausbildung eines kurzen, geraden Ductus cochlearis erlauben. Als vestibuläre Gene werden hingegen Gbx2, Hmx2, Hmx3 sowie WNT bezeichnet, da ein Ausfall einer dieser Gene zu morphologischen Defekten in Sacculus, Utriculus oder den Bogengängen führt. (Zeichnung modifiziert nach Brigande et al., 2000 16 .)

1.3 Ausbildung der Haarsinneszellen

Verschiedene lösliche Faktoren sind zur Induktion der otischen Plakode notwendig: FGF aus dem Mesoderm und dem Neuroektoderm, SHH vom Notochord und der Bodenplatte des Neuralrohrs, WNT aus dem Rautenhirn sowie BMP aus dem Ektoderm. Der anteriore Bereich der Otozyste, in dem sich die neurosensorischen Zellen des Innenohres entwickeln, ist durch die Expression von Lfng, Sox2 und Eya1 gekennzeichnet 31 , während im dorsalen Anteil in der nicht-sensorischen Region Tbx1 und Lmx1a exprimiert werden. Innerhalb der prosensorischen Region wird sehr früh der proneuronale Transkriptionsfaktor Neurog1 hochreguliert. Dieser ist nicht nur für die Ausbildung der Neuronen notwendig, sondern ist ebenso maßgeblich an der Ausbildung des sensorischen Epithels inklusive der Haarsinneszellen beteiligt 32 . Er gehört zu den basischen „helix-loop-helix“ (bHLH)-Transkriptionsfaktoren und wird gemeinsam mit Neurod1 von proliferierenden Vorläuferzellen exprimiert. Für die Ausbildung von Haarsinneszellen ist das bHLH-Gen Atoh1 (Atoh1 (Atonal-homolog-1)/Math1 (murine atonal homolog 1)/ Hath1 (Human atonal homolog 1) notwendig 33 34 . Darüber hinaus sind zum Erhalt und zur Ausbildung der Haarsinneszellen der Pou-Domänen-Transkriptionsfaktor Pou4f3, der Zinkfingertranskriptionsfaktor Gfi1 und der Homöodomänenfaktor Barhl1 notwendig 32 . Das einzigartige und hochspezifische Muster der Zellanordnung im sensorischen Epithel des Innenohres, wo Haarsinneszellen und Stützzellen alternierend angeordnet sind, lässt vermuten, dass hierbei eher lokale Zellkommunikationsmechanismen eine übergeordnete Rolle spielen und weniger prädeterminierte Zellspezifikation. Der Notch-Signalweg reguliert die Determination des Zellschicksals in zahlreichen Organsystemen 35 . Während der Entwicklung des Innenohrs ist Notch (siehe Tabelle Hajdu-Cheney-Syndrom) anfänglich im gesamten Epithel verbreitet, mit Differenzierung der Haarsinneszellen jedoch wird seine Expression auf die Stützzellen beschränkt. Delta1 und Jagged2 hingegen werden von Haarsinneszellen der Maus-Cochlea etwa einen Tag nach Beginn der Math1-Expression synthetisiert 36 . Hierbei exprimieren die Zellen, die sich zu Haarsinneszellen entwickeln sollen, Jagged1, welches die Notch-Aktivität in den benachbarten Zellen steigert und sie somit zur Adoption eines anderen Zelltyps (den der Stützzelle) zwingt. Dieser Prozess wird laterale Inhibition genannt.

Die Ausbildung der apikalen mechanosensorischen Region (des Ortes, an dem die Stereozillien lokalisiert sind) spielt für die Funktion der Haarsinneszellen eine vitale Rolle. Die mit Aktin und anderen zytoskelettalen Proteinen bepackten Stereozillien der Haarsinneszellen sind V-förmig in Reihen aufsteigender Höhe organisiert. Diese Organisation ist durch das gesamte Corti-Organ uniform, wobei die Spitze des V immer in die Peripherie des Ductus cochlearis zeigt und für die korrekte Funktion unabdingbar ist 37 . Bei der Orientierung der Haarsinneszellbündel spielt der Wnt/planare Zell-Polarität Signalweg eine wesentliche Rolle. Die asymmetrische Verteilung der planaren Zell-Polarität-Proteine Frizzled (Fzd), Dishevelled (Dvl), Van Gogh (Vangl) und Prickle (Pk) führen zur Polarisation der Haarsinneszellen. Es hat sich gezeigt, dass Fzd und Dvl Proteine einen Komplex auf der einen Seite der Zelle formen, hingegen Vangl und Pk sich auf der kontralateralen Seite anordnen 38 . Es wird davon ausgegangen, dass die Untereinheit des Kinesin-II Motor Komplexes, Kif3a, die Haarsinneszellorganisation reguliert. In Kif3a mutanten Mäusen fehlt das Kinozilium, der Ductus cochlearis ist verkürzt und die Form der Haarsinneszellbündel erscheint abgeflacht 39 . Störung der Zilien, sog. Ziliopathien sind das Charkteristikum des Bardet-Biedl- und des Senior-Løken-Syndroms ( Tab. 1 ).

Tab. 1 Seltene Erkrankungen der Cochlea.

Name Ursache Gen Vererbung Inzidenz Therapie Symptome Sonstiges
Autoimmun-vermittelte Innenohrerkrankungen
Cogan-Syndrom Autoantikörper-vermittelte (?) Vaskulitis mit systemischer Manifestation 127 Ca. 300 Fälle weltweit 127 Kortikosteroide, Cyclophosphamide, Methotrexat, Mycophenolat Mofetil, Azathioprine, Infliximab 127 Non-syphilitische interstitielle Keratitis (IK) mit audiovestibulären Ménièriformen Symptomen 127 ; „Typische“ und „atypische“ Formen beschrieben: bei atypischer Form manifestiert sich die Augenbeteiligung mit non-IK inflammatorischen oculären Symptomen max. 2 Jahre zwischen dem Befall beider Organsysteme (Auge und Innenohr) 127 ; wird auch zu den Vaskulitiden gezählt 117
Muckle-Wells-Syndrom überschüssige Freisetzung von IL1beta 128 NLRP3 128 aut. dom. 128 1–3: 1 000 000 Anakinra 128 Fieber, Hautausschlag, muskuloskelettale Symptome und Bindehautentzündung. Progressive Innenohrschwerhörigkeit und Niereninsuffizienz 128 Gehört zu der Gruppe der CAPS (Cryopyrin-associated periodic syndrome); Muckle-Wells-Syndrom, FCAS (familial cold auto-inflammatory syn-drome) und NO-MID (neonatal-onset multisystem inflammatory dis-order) haben einen gemeinsamen ursächlichen Gen-defekt (NLRP3)
Neonatal-Onset Multisystem Inflammatory Disease (NOMID) überschüssige Freisetzung von IL1beta 129 CIAS1/NLRP3 129 aut. dom. 129 Sehr selten, 100 Weltweit beschrieben 129 Anakinra 129 Hautausschlag, chronische Meningitis, Fieber, Gelenkentzündung 129
Relapsing polychondritis Autoimmun-vermittelte Entzündung von Knorpel 130 multifaktorielle Ätiologie 130 1:285 000 130 Glukokortikoide 130 Knorpelentzündung, Uveitis, Vaskulitis, Hörverlust in 50%, Schwindel 130
Vogt-Koyanagi-Harada-Krankheit T-Zell-vermittelte Zerstörung von melaninhaltigem Gewebe 131 1:400 000 131 Glukokortikoide 131 Uveitis, Alopezie, Meningismus 131
Vaskulär
Behçet-Syndrom Vaskulitis, HLA-B51-assoziiert (?) Regional unterschiedlich 1:100 000 in Deutschland Symptom-orientiert, Steroide, nicht-steroidale Antiphlogistika 132 Rezidivierend orale Aphthen, genitale Ulcera, Augen- und Hautläsionen 132 Niere und peripheres Nervenystem eher sehr selten betroffen
Eosinophilic granulomatosis with polyangiitis (EGPA; früher: Churg-Strauss-Syndrom) Allergische Granulomatose mit Polyangiitis, antinukleäre zytoplasmatische Antikörper-assoziierte Vaskulitis 133 134 2,4:1 000 000 Hochdosierte Glucokortikoide, Cyclophosphamid, Zafirlukast (Leukotriene-Antagonist) 134 135 , Mepolizumab (Anti-Interleukin-5-Antikörper) 136 Bluteosinophilie, Herzinsuffizienz, allergische Rhinitis, Asthma, Vaskulitis mit Beteiligung der Haut, des Herzens, der Lunge, des Gastrointestinaltrakts, des nervalen Systems 133 134 136 Triphasische Erkrankung, Manifestation Innenohr in der 3. Phase selten möglich 133 , EGPA ist einge-ordnet als ANCA-assoziierte Vas-kulitis unter den Kleingefäß-Vaskulitiden
Generalisierte arterielle Verkalkung im Säuglingsalter Kalziumablagerung in Arterien 137 ENPP1, ABCC6 137 aut. rez. 137 1: 391 000 137 Bisphosphonate 137 Herzinsuffizienz, Schlaganfall, elatisches Pseudoxanthom 137 Auch Schalleitungs-schwerhörigkeit 137
Hereditäre Hemorrhagische Telangiektasie (M. Weber-Osler-Rendu) Vaskuläre Dysplasie, arteriovenöse Fisteln/ Malformationen 138 Chromosomen 9q und 12q 138 aut. dom. 138 1–2 :100 000 138 Vaskuläre Malformation multipler Organe (Niere, Gastrointestinatrakt, Leber, Lunge, Niere, Gehirn), rezidivierend Epistaxis als das häufigste Symptom 138
Kawasaki-Syndrom Nekrotisierende Vaskulitis 139 140 unbekannt, Coronavirus (?) >300 000 weltweit Fälle beschreiben 139 i. v. Immunglobuline, Aspirin Fieber, Hautausschlag, Konjunktivitis, Herzkomplikationen Tritt fast ausschließlich bei kleinen Kindern auf
Norrie-Krankheit Störung der Angiogenese von Augen- und Innenohr 141 NDP 141 X-linked Mehr als 400 Fälle weltweit beschrieben Netzhautablösung und fortschreitender Hörverlust 141
SUSAC-Syndrom CD8-T-Zell-vermittelte autoimmun-mikroangiopathische Endotheliopathie 142 Etwas mehr als 300 Fälle weltweit beschrieben 142 Plättchenaggregationshemmer, Antikoagulanzien, Immunosuppressive Behandlung mit z. B. Cyclophosphamid, intravenös Immunoglobuline, Mycophenolate mofetil, Azathioprine, Methotrexat, Natalizumab 142 Gesichtsfeldausfälle, Sehminderung, neurologische Symptome, Cephalgie 142
Granulomatose mit Polyangiitis (GPA, früher: Wegener-Granulomatose) Autoimmun-Vaskulitis 143 1:6400 143 Glukokortikoide Rituximab 143 Sinusitis, Trachealstenose, Niereninsuffizienz, Lungenentzündung, Mastoiditis 143 ANCA+ 143
Malformationen
Labyrinthäre Aplasie komplette Aplasie, wenn die Entwicklung vor oder zu Beginn der 3 Gestationswoche gestört wird; kann auch Thalidomid-induziert sein 144 145 Erhöhtes Risiko bei konsanguinen Eltern 146 2% aller Innenohrmalformationen ABI Fazialis-Parese oder Schwäche 146 Synonym Michel Deformität, Michel Aplasie, knöcherne Kanal der Art. carotis interna kann fehlen 146
Otozystendeformität Entwicklungsstopp in der 3. Gestationswoche 146 Erhöhtes Risiko bei konsanguinen Eltern 1% aller Innenohrmalformationen 146 ABI Kongenitale Ertaubung, Fazialis-Parese oder Schwäche möglich 146 Synonym: Common cavity (nach Jackler)
Cochleäre Aplasie 5% aller Innenohrmalformationen 100 CI, ABI 100 Kongenitale Ertaubung Kann Sprachverstehen mit CI erzielen 100
Cochleäre Hypoplasie (isoliert) Kommt beim BOR-Syndrom häufig vor 108 13% aller Innenohrmalformationen 108 CI Ertaubung, hochgradiger Hörverlust Breites Spektrum, nahezu normale Form bis hin zu einer kleinen Blase basal 108
Komplette Aplasie der Bogengänge (beinhaltet eine hypoplastische Cochlea und einem kleinen Vestibulum mit Sacculus) 147 Oft mit CHARGE assoziiert; Einzelbeschreibungen mit z. B. Wildervanck, Noonan, Goldenhar oder VACTERL* 148 16% aller Innenohrmalformationen CI Ertaubung, hochgradiger Hörverlust 147 ist das Hauptkriterium für CHARGE
Inkomplette Partition Typ 2 (IPT 2) 21% aller Innenohrmalformationen 149 CI Ertaubung, hochgradiger Hörverlust Mondini Malformation im eigentlichen Sinne 149
Inkomplette Partition Typ 1 (IPT1) FOXF2 150 9% aller Innenohrmalformationen 149 CI Ertaubung, hochgradiger Hörverlust Synonym: Common cavity (E. Cock); „cystic cochleovestibular malformation“, „figure-8“ Deformität
X-chromosomale Schwerhörigkeit (Innenohr-Fehlbildung als IPT3 bezeichnet) Unterschiedliche Mutationen von POU3F4 89 POU3F4 3% aller Innenohrmalformationen Hörgeräte, CI 151 Variabler Hörverlust Synonym: Gusher, IPT 3 – auch wenn es sich stark unterscheidet von den anderen inkompletten Partitionen; oft mit Harmartomen des Tuber cinereum vergesellschaftet 92
Aplasie des Modiolus 1% aller Innenohrmalformationen 110
Hypoplasie oder Aplasie des vestibulocochleären Nervens oder isoliert des cochleären Nervens Meist in Kombination mit schweren Innenohrmalformationen 110
VACTERL beschreibt eine Assoziation angeborener Fehlbildungen, die mindestens 3 der folgenden aufweisen: Ösophagusatresien, Nierenfehlbildungen, Herzfehler, Wirbeldefekte, anorektale Malformationen und radiale Extremitätenfehlbildungen
Chromosomal
3p-Deletions-Syndrom Deletion des kurzen Arms von Chromosom 3 152 153 Chromosom 3 152 153 de novo 152 153 sehr selten Mikrozephalie, dreieckige Gesichtsform, flaches Occiput , Hypertelorismus, Polydaktilie, Kryptorchismus, renale und kardiale Defekte 152 153
10p-Deletions-Syndrom Deletion des kurzen Arms von Chromosom 10 154 Chromosom 10 154 sehr selten, ca. 50 Fälle bekannt 135 Kraniofaziale Malformationen, Wachstumsstörung, kongenitale Herzdefekte, Hypoparathyroidismus, Immundefiuienz, mentale Retardation 154 Haploinsuffizienz 10p15 verursacht auch das HDR1-Syndrom 155
Cri-du-Chat-Syndrom, 5p-Deletions-Syndrom Deletion des kurzen Arms von Chromosom 5 156 Haploinsuffizienz versch. Gene, z. B. TERT, MARCH6, CTNND2, und SLC6A3 auf Chromosom 5 156 de novo 156 1:15 000–1:50 000 156 Hochfrequenter Schrei (Katzenschrei) Mikrozephalie, Gesichtsdysmorpien, Verzögerung des Spracherwerbs, geistige Behinderung 156 häufigster chromosomaler Defekt 156 ; Neurale Schwerhörigkeit 157
diGeorge-Anomalie 154 , Chromosom 22q11.2 Deletion Haploinsuffizienz des DiGeorge syndrome critical region gene 2 (DGCR2) 155 DGCR2, zentromere Deletion des Chromosom 10, 2q11.2 deletion 154 158 1:4000 158 allogene Thymusgewebe-Transplantation 159 Thymusaplasie, kongenitale Entwicklungsstörung, T-Zell-Defizienz, Hypocalzämie, kardiovasculäre Malformation, Gesichtsdysmorphien 154
Katzenaugen-Syndrom, Schmid-Fraccaro-Syndrom Anomalie des Chromosoms 22, 22 160 161 Chromosom 22 160 161 aut. dom. 160 161 1:100 000 160 161 Symptomorientiert, experimentell: GNE-886, ein selektiver Inhibitor der CAT eye syndrome chromosome region candidate 2 bromodomain 162 Kolobom, Analatresie, Herzdefekte, Präaurikularanhänge 160 161
Mosaik-Trisomie 9 partielle Trisomie 163 164 165 Chromosom 9 163 164 165 Wachstumsretardierung, Muskelschwäche, geistige Behinderung, Mikrozephalie, Mikrognathie, charakteristische palpebrale Fissuren, skeletale Anomalien, Mikroophthalmie, Gaumenspalte, Hydrozephalus 163 164 165 teilweise sehr milde Verläufe, die undiagnostiziert bleiben 163
Mosaik-Trisomie 22 partielle Trisomie 166 167 Chromosom 22 166 167 Geistige Behinderung, Wachstums- und Gedeihstörung, Kraniofaziale Asymmetrie, Mikrozephalie, Brachyzephalie, Hypoplasie des Mittelgesichts, Präaurikularanhänge, flache Nase, Mikrognathie, Gaumenspalte 166 167 Überlappungen mit dem Katzenaugen-Syndrom?
Pallister-Killian-Mosaic-Syndrom Chromosomen-Duplikation (12p) 168 150 Fälle weltweit 168 Muskelhypotonie und Telekanthus 168
Smith-Magenis-Syndrom 169 17p11.2 Deletion 169 RAI1 169 1:15000 169 Brachyzephalie, breites, quadratisches Gesicht, Hypotonie, Schlafstörung, Selbstverletzung 169 Erst Schalleitungsschwerhörigkeit, dann progressive Schallempfindungsstörung >10 Jahre
Trichorhinophalangeales Syndrom Typ II Chromothripsis, Chromosomen- Deletion (q8) 170 TRPS1, EXT1 170 <60 weltweit 170 dünnes Haar und Kleinwüchsigkeit 170 Langer-Giedion-Syndrom 170
Stoffwechselerkrankung
Acyl-Co-A-Dehydrogenase-Mangel Schindler-Syndrom) Laktatazidose, mitochondriale Erkrankung den Komplex I der Atmungskette betreffend 171 ACAD9 171 172 aut. rez. 171 Sehr selten, 24 Patienten aus 12 Familien bis 2016 beschrieben 172 Riboflavinsubstitution wirksam in einigen Pat. 171 172 neurologische, muskuläre, hepatische und kardiale Manifestation 171 172
Alpha-Galactosidase-Defizienz (Fabry-Krankheit) Lysosomale Speichererkrankung, Glyco- sphingolipid-Katabolismus 173 X-chromosomal 1:40 000–1:117 000 Agalsidase beta (Enzymsubstitution) 174 progressive Nierenerkrankung, Kardiomyopathie, zerebrovaskuläre Komplikationen, neuropathische Schmerzen, Apoplex 173 Atrophie des Corti-Organs, der Stria vascularis und des Spiralligament in 2 post-mortem Analysen 173
Alpha-Mannosidose Mangel der lysosomalen Alpha-D-Mannosidase MAN2B1 aut. rez. 1:500 000 135 Velmanase alfa (Lamzede®) von Chiesi 175 176 Rezidivierende Infekte, Muskelschwäche, skeletale und Gesichts-Deformitäten, Ataxie, Hepatosplenomegalie, Hydrocephalus, Makroglossie, Prognatismus, Strabismus, Hyperopie oder Myopie; Immunsystemschwäche, Hypersomnie, psychiatrische Erkrankungen, geistige Behinderung 135 177 Lysosomale Speichererkrankung; Verschiedene Subtypen, Schweregrade und Alter bei Krankheitsbeginn 135 177
Biotinidase-Mangel Störung aller mitochondrialen Carboxylasen 178 BTD 178 aut. rez. 178 1:50 000 178 Biotinsubstitution Krämpfe, Muskelschwäche, Ataxie, Entwicklungsverzögerung, Sehstörungen, Alopezie, Hautauschlag 178 Neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSDs) Holocarboxylase synthetase (HCLS) deficiency Inzidenz 1:200 000
Brown-Vialetto-van Laere-Syndrom (Riboflavin-Transporter-Defizienz) Mangel an Riboflavin Transporterproteine SLC52A2, SLC52A3 179 aut. rez. 179 Weniger als 100 Fälle bekannt 179 Riboflavinsubstitution 180 Progrediente ponto-bulbäre Paralyse, Ateminsuffizienz, Muskelschwäche, Fazialisparese, Ptose, Dysphagie und Ataxie 179
Camurati-Engelmann-Syndrom, Diaphyseale Hyperostose oder Sklerose Ständige Aktivität des Transforming growth factor beta-1 und dadurch bedingte erhöhte Densität des Knochens und Verringerung- des Fett und Muskelgewebes 181 182 183 184 TGFB1 181 182 183 184 aut. dom. 181 182 183 184 > 300 Fälle weltweit beschrieben 135 Experimentelle Ansätze mit TGF-beta-Rezeptor-Antagonisten 185 Hyperostose der langen Röhrenknochen, Diffuse Verdickung der Schädelbasis, Opthamopathie, Cephalgie, Vaskulopathie, Schmerzen, Muskelschwäche 181 182 183 184 Kraniotubuläre Knochenerkrankung, progressive Stenose des inneren auditorischen Kanals 183 186
Chanarin-Dorfman-Syndrom Abhydrolasemangel und mangelnde Aktivierung der Fetttriglyceridelipase 187 ABHD5 187 aut. rez. Mehr als 128 bekannte Fälle symptomorientiert, fettarme Diät Kongenitales ichthyosiformes Erythroderma , Hypothyroidismus, neurologische Symptome, Leberfunktionsstörung, Katarakt, Ektropion 187 neutrale Lipidspeichererkrankung mit Ichthyose
Craniometaphyseale Dysplasie Hemmung des regulierten Knochenumbaus durch extrazelluläre Pyrophosphat-Akkumulation 188 ANKH, GJA1 aut. rez. oder aut. dom. sehr selten symptomorientiert Hypertelorismus, Dolichozephalie, Proptosis, prominenter Unterkiefer, Verdickung der Knochen des Kopfes, retardierte Dentition 188 189 190
Familiäre Hypophosphatämie Phosphatverlust durch erhöhte Sekretion des phosphaturischen Hormons fibroblast growth factor 23 191 X-chrom., seltener aut. rez., aut. dom. 191 192 3:100 000 für X-linked Symptomorientiert, Phosphate und Vitamin D Rachitis, Abnormes Gangbild, Deformität der unteren Extremitäten, verlangsamtes Wachstum, dentale Abszesse 191
Farber-Lipogranulomatose Lysosomale Speichererkrankung, Saure-Keramidase-Magel 193 194 ASAH1 193 194 aut-rez. 193 194 201 Fälle bekannt in 2018 symptomorientiert Subkutane Knoten, deformierte Gelenke, progressive Heiserkeit, Sonderform mit spinaler muskulärer Atrophie und progressiver myoklonaler Epilepsie 193 194
Fibrodysplasia Ossificans Progressiva heterotope Ossifikationen 195 196 ACVR1/ALK2 195 196 aut. dom. 195 196 1:2.000 000 195 196 symptomorientiert 195 196 Fehlen der Nägel, progressive heterotope Ossifikation, Hypoplasie der Hirnstamms, kognitive und motorische Entwicklungsstörungen, Gesichtsdeformitäten, Zahnmalformationen, abnormes Haar 195 196
Fibröse Dysplasie (Jaffe-Lichtenstein-Syndrom) Störung der Osteogenese durch Überproduktion von cAMP, Phosphorylierung CREB und Aktivierung von cAMP-abhängiger Proteinkinase (PKA) 135 GNAS Nicht hereditär unbekannt Bisphosphonate Austausch des normalen Knochens und Knochenmarks mit fibrösem Bindegewebe und unreifem Trabekelknochen 135 Oft Schalleitungs-, aber gelegentlich auch Schallempfindungsschwerhörigkeit 135
Kernikterus Ablagerung von unkonjugiertem Bilirubin 135 sporadisch Kommt häufig bei Frühgeborenen vor Hyperbilirubinämie 135 Neurale und zentrale Schwerhörigkeit 135
Kongenitale Erkrankung der Glykosylierung defekte Biosynthese der Glykane Diverse Gene 197 aut. rez., selten X-chromosomal Weniger als 100 Fälle pro Typ 198 Symptomorientiert, Mannose- oder D-galactose-Supplementation 198 Multisystem-Manifestation; Neurologische Symptome, geistige Behinderung, Kardiomyopathie, Ödeme, Gesichtsdeformitäten 198 Mehr als 130 Typen beschrieben 198 , defekte N-, O-, und kombininierte N- und O-Glykosylation) sowie Lipid-Glykosylierung 199
Leigh Syndrom (infantile nekrotisierende Enzephalopathie) Kongenitale Laktatazidose, Mangel an Pyruvat-Dehydrogenase PDHA, Pyruvatdehydrogenase (E1) a Untereinheit 200 201 X-linked 200 201 1:40 000–70 000 Hochdosierte Thiaminsubstitution 200 201 Periphere Neuropathien, Chorea, Parkinson-ähnliche Symptome, kognitive Defizite, Nekrotische Läsionen im Gehirn, hypertrophe Kardiomyopathie 200 201
Mukopolysaccharidose Typ I (ehemals Hurler- oder Scheie-Syndrom) Lysosomale Speichererkrankung 202 NEU1 202 aut. rez. 202 1:42 000000 202 Ataxie, Myoklonus, fortschreitender Sehverlust 202
Mukopolysaccharidose Typ II (Hunter) IDS 203 X-chromosomal, rezessiv 203 0,5–1:100 000 203 Symptomorientiert, Enzymsubstitutionstherapie grobe Gesichtszüge, Skelettdeformitäten und Gelenksteifheit, Wachstumsretardierung bei kurzer Statur, Beeinträchtigung der Atmung und des Herzens, einschließlich einer diffusen Valvulopathie, Leisten- und Nabelbrüche, Vergrößerung von Leber und Milz, neurologische Beteiligung in mindestens zwei Dritteln der Fälle, adeno-tonsillare Hypertrophie, obstruktive Schlafapnoe, retinale Degeneration 203 Lysosomale Speichererkrankung
Niemann-Pick-C-Syndrom 204 lysosomale Speicherkrankung; gestörter Cholesterin- und Fettsäuretransport 204 NPC 1; NPC 2 204 aut. rez. 1:100 000–250 000 204 progressive Neurodegeneration, Hepatomegalie 204 Leichter bis hochgradiger Hörverlust auch Neuropathie
NGLY1-Defizienz Unfähigkeit, N-Glykan zu entfernen 205 NGLY1 205 aut. rez. < 63 Pat.weltweit Neuropathie, Hornhautulzerationen, Dystonien
Oculo-auriculo-vertebrale Dysplasie (Goldenhar) Syndrom 206 unbekannt 1:30 000–1–40 000 206 einseitige Fehlbildungen von Wangenknochen, Kiefer, Mund, Ohren, Augen und/oder Wirbeln 206 Teil des Goldenhar-Syndroms Auralatresie, fehlender innerer Gehörgang 206
Primary Distal Renal Tubular Azidosis (Distale RTA, Typ) Protonenpump-Untereinheit B1 ist ebenfalls in der Stria vascularis exprimiert 207 ; manche Pat. Zeigen auch einen erweiterten vestibulären Aquädukt ATP6V1B1;ATP6V0A4 207 aut. rez. Korrektur von Stoffwechseldefekten 207 metabolische Azidose und Knochenerweichung (Osteomalazie) 207 Hörverlust ist variabel und bildet sich oft nicht unter eine Alkali-Therapie zurück
Pompe-Krankheit (Glykogenose Typ 2) Glykogenablagerung in Muskeln 208 GAA 208 aut. rez. 208 1:40 000 208 angeborene oder fortschreitende Muskelschwäche, respiratorische Insuffizienz 208 leichter Hörverlust, mögliche Stapediusmuskelschwäche 208
Refsum-Krankheit Versagen bei der Verstoffwechselung von Phytansäure 209 210 211 PHYH; PEX7 209 210 211 aut .rez. 1:1.000 000 209 210 211 Retinitis pigmentosa, Ichthyose, Anosmie 209 210 211 Eintreten der Symptome im Alter von 10 bis 20 Jahren Leichter bis hochgradiger Hörverlust auch Neuropathie 209 210 211 Bamiou et. al.
Rogers-Syndrom; Thiamin-responsive megaloblastäre Anämie Thiamin-Pyrophospho-kinase-Mangel 212 213 , hochaffinen Thiamintransporter SLC19A2 212 213 aut. rez. 212 213 Weniger als 80 Fälle bekannt 175 Thiaminsubstitution 212 213 Diabetes mellitus, megaloblastische Anämie 212 213 Thiamin-Pyrophospho-kinase = hochaffiner Thiamintransporter
Schindler-Syndrom Lysosomale Speichererkrankung 214 NAGA 214 aut. rez. 214 <1:200 000 214 progressive Neurodegeneration mit Hypotonie und Teleangiektasien in der Erwachsenenform 214
Keratosen und Ichtyosen
Autosomal rezessive kongenitale Ichtyose bis Trichothiodystrophie Nonsyndomale Keratinstörung durch Mutation von Genen, die die Keratinozyten-Differentierung regulieren Versch., z. B. TGM1, ALOXE3, ALOX12B, PNPLA1 und CERS3 215 aut. rez. 1:100 000 symptomorientiert Hitzeintoleranz, Pruritus, Wachstumsstörungen, Sehstörungen 215 Verschiedene Formen, syndromale Formen sind z. B. KID
De Sanctis-Cacchione-Syndrom Xeroderma pigmentosum; schwere DNA-Reparatur-Störung (defekte Nukleotid-Exzisionsreparatur) XPA oder ERCC2/XPD 216 aut. rez. 216 217 Etwa 200 Fälle bekannt symptomorientiert kutane Photosensitivät, Mikrozephalie, geistige Behinderung, Kleinwüchsigkeit, Hypogonadismus, Spasmus, periphere Neuropathie 216 217
Harlequin-Ichtyose Hyperkeratose bei defektem Keratinozyten-Transmembran-Lipid-Transporter-Protein und Störung des Lipid-Transports an das Stratum corneum 218 ABCA12 218 aut. rez. 1:500 000 218 symptomorientiert verdickte gelbliche Haut mit Fissuren, Ektropion, Eklabium, runder offener Mund, Fehlen der Kopfbehaarung, sowie Wimpern und Augenbrauen 218 Schwerste Form der kongenitalen Ichtyosen,
Kerotosis-Ichtyosis-Deafness-Syndrom (KID) Connexin-26 Störung 219 GJB2 219 spor., auch auch aut. dom. und rez. Fälle bekannt 219 Weniger als 100 Fälle bekannt 219 Erythrokeratodermische, folliculäre Hyperkeratose, psoriasiforme oder verruköse Plaques, Palmoplantares Keratodermatose, Okuläre Keratits, Konjunktivitis, Hypotrichose 219 Carakteristische Trias: ichthyosiforme Erythrodermatose, Hochgradide Schallempfindungsschwerhörigkeit, vaskularisierende Keratitis 219
Hereditäre Palmoplantarkeratose (PKK) Connxin-26-bedingte Veränderung der Cx43 Gap junctions (erhöhte Halbkanal-Aktivität) 220 GJB2 (Cx26-H73R, und Cx26-S183F) 220 aut. dom oder mitoch. 175 Sehr selten < 1.1 000 000 175 Palmare und plantare Hyperkeratose 220
Trichothiodystrophie Nukleotid-Exzisionsreparatur ERCC2, ERCC3, TTDA, TTDN1, GTF2E2 aut. rez. 1:1 000 000 Dermale Ichthyose, mentale und Wachstums-Retardierung Hypogonadismus 221 Variable Manifestationen, BIDS (brittle hair, impaired intelligence, decreased fertility, and short stature), IBIDS (mit Ichthyose), PIBIDS (mit Photosensitivität), oder Tay-Syndrom 221
Syndrome
Alström-Syndrom Alström bis Zellweger-Spektrum-Erkrankungen Ziliopathie 222 ALMS1 222 aut. rez. 222 1–9:100 000 222 CI Photorezeptordystrophie, Adipositas, Typ-2 Diabetes, Hyperlipidämie, Acanthosis nigricans, Hypogonadismus, renale, pulmonale und hepatische Dysfunktion, dilatative Kardiomyopathie 222
Arts-Syndrom Mangel an Phosphoribosyl Pyrophosphat Synthetase 1 223 PRPS1 223 X-chromosomal sehr selten Ataxie, mentale Retardierung, Hypotonie, Opticus-Atrophie, periphere Neuropathie 223
Barakat-Syndrom Entwicklungsstörung der Nebenschilddrüse, der Niere und des Innenohrs 135 GATA3 224 aut. dom. 180 Pat. Weltweit 224 symptomorientiert Hypoparathyreoidismus, Taubheit und Nierenerkrankungen; variable Phänotypen möglich 224 225
Bardet-Biedl-Syndrom Ziliopathie 135 226 21 versch. Gene 226 aut. rez. ca. 1:150 000 227 symptomorientiert; experimentelle gentherapeutische Ansätze 228 Adipositas, Pigment-Retinopathie, Nierenerkrankung, Anosmie, Hypogonadismus, Situs inversus 226 227 228 Inzidenz höher in Gegenden mit häufiger Konsanguinität 227
Bartter und Gitelman Syndrom Channelopathie 229 Diverse, z. B. KCNJ1, NKCC, NCCT, BSND, ROMK, IBS, CLCNKB, SLC12A1 SLC12A3 229 230 aut. rez. 229 Hypokaliämie, hypochlorämische metabolische Alkalose, Polyurie, Polydypsie Bartter Typ 1–4, Gitelman (SLC12A3) als milde, late onset Form
Björnstad-Syndrom Chaperonopathie, Störung der ATPase und Mangel des mitochondrialen Komplex III 231 BCS1L 231 aut. rez. und aut. dom. 231 Extrem selten 231 Pilli torti 231 Störung des mitochondrialen Respirasomes
Branchio-Oculo-Faziales-Syndrom (BOFS) Störung des Retinolsäure-induzierbaren Transkriptionsfaktors AP-2 alpha und somit der Regulierung der Morphogenese des Auges, des Gesichts, Haut, Neuralrohrs und Nieren 232 TFAP2A 232 233 aut. dom 232 233 < 1:1 000 000 175 symptomorientiert Geringes Geburtsgewicht und Wachtumsretardierung, Branchiale Hautveränderungen (hämangoiomähnliche Erscheinung) am Hals und hinter den Ohren), Mikroophtalmie, Ptosis, Katarakt, Dacryocystitis, Charakteristische Gesichtsveränderungen (weites Philtrum, Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalte, flache breite Nase, tief stehende nach hinten rotierte Ohren) 232 233 Hörverlust kann konduktiv, sensorineural oder gemischt sein; klinisch Überlappungen zum BOR-Syndrom 232 233
Branchio-Oto-Renales-Syndrom (BOR) Störung der renalen Anlage und der otischen Plakode 234 235 ; Milde cochleäre Hypoplasia; zweit häufigste Malformation EYA1 (40% der Pat. mit klinischen Symptomen), SIX1, SIX5 (Gene des EYA-DACH-SIX-PAX Pathways) 234 235 236 aut. dom. 234 236 1:40 000 234 236 symptomorientiert Branchiale Fistel zervikal oder präaurikulär, Hypoplasie, Dysplasie oder Agenesie der Nieren, Aplasien des 8. Hirnnervens 234 236 Variable Präsentation und Schweregrad 235 ; Radiologisch: unvollständig aufgerollte Cochlea 236
Boudhina-Yedes-Khiari Syndrom Neuro-kutane Erkrankung 237 aut. rez. 237 3 Pat. Weltweit 237 symptomorientiert Wachstumsverzögerung, Mikrozephalie, geistige Retardierung, Epilepsie und Hautläsionen 237
Carpenter-Syndrom, Acrocephalopolysyndactylie Typ II Mutation der Guanosin- Triphosphatasen (GTPases) 238 239 240 RAB23 238 239 240 aut. rez. 238 239 240 extrem selten 175 , um die 40 Fälle bekannt symptomorientiert Kraniosynostose, kraniofaziale Malformationen, Polysyndactylie, Adipositas, geistige Behinderung, Hypogonadismus 238 239 240 RAB23 = Ras-associated binding protein 23; Negativ-Regulator des Sonic Hedgehog und Fibroblast Growth Factor Signalwegs 238 ;
CHARGE-Syndrom, Hall-Hittner-Syndrom Neurocristopathie, Dysregulierte Genexpression und Entwicklung der Neuralleiste, Dysregulation Entwicklung der Neuralleisten-Stammzellen, Dysregulation des alternativen Splicings (Spliceosomopathie) 98 241 CHD7 Heterozygote Mutation 8q12 98 sowie neu identifizierte Gene: PUF60, EP300, RERE, KMT2D und KDM6A 241 aut. dom. (97% de novo) 98 241 0,1–1:10 000 135 symptomorientiert, CI Variable Expression der Symptome; Sehstörungen, Herzanomalien, skeletale, oronasale, gastrointestinale und genitourinale Fehlbildungen, Wachstumsstörungen, craniofaziale Missbildungen, Anosmie, Fazialisparese, Immundefizienz 241 Diagnostische Kriterien 98 : (Typisch: 2 oder 3 Haupt- und 2 Nebenkriterien; Hauptkriterien: Kolobom (ocular), Choanal-Atresie/Stenose Hypo-/Aplasia der Bogengänge Nebenkriterien: Rhombenzephalische Dysfunktion (Hirnstamm und Hirnnerven-Anomalien), hypothalamo-hypophyseale Dysfunktion, Malformation des inneren und/oder äußeren Gehörgangs, der mediastinalen Organe (Herz, Ösophagus), intellektuelle Schwäche CHARGE = C oloboma of the eye, H eart defects, A tresia of choanae, R etardation of growth, G enital abnormalities, E ar anomalies; Überlappungen mit den Kallmann-, Kabuki-, 22q11.2- und Nager Syndrome sowie mit der Guion- Almeida-mandibulofazialen Dysostose 241 ; Fehlen der Bogengänge ist höchst-prädiktiv für eine CHD7 Mutation
Cockayne-Syndrom, Neill-Dingwal-Syndrom Verzögerte DNA-Reparatur nach UV-Licht-Exposition, mitochondriale Veränderung 242 243 ERCC8, ERCC6 242 aut. rez. 1:250 000 242 symptomorientiert Zwergwuchs, zerebrale und retinale Atrophie, Gelenkkontrakturen, Photosensitivität und faltige Haut, Artherosklerose und Vaskulopathie, Bluthochdruck, Schlaganfall und Herzinfarkt, periphere Neuropathie 242 3 Typen;
Coffin-Lowry-Syndrom Wachstumsfaktor-regulierte Serin-Threonin-Protein-Kinase 244 245 RSK2; Locus Xp22.2 244 245 X-linked 244 245 > 100 Fälle bekannt 244 245 symptomorientiert Schwere geistige Behinderung, Kleinwuchs, Hypertelorismus, prominente Stirn, antevertierte Nasenöffnungen, dicke aber an den spitzen schmale Finger, Kyphoskoliose 244 245
Coffin-Siris-Syndrom Mutationen des BRG-1 associated factor (BAF) Komplexes, der Zellwachstum, -teilung, -replikation und –differenzierung sowie in DNA-Reparatur 246 247 ARID1A, ARID1B, SMARCA4, SMARCB1, SMARCE1, SOX11 246 247 aut. dom. und aut. rez. 246 247 Ca. 100 Fälle bekannt 246 247 symptomorientiert Kognitive und Entwicklungsstörung, hypoplastische Phalangen und Nägel des kleinen Fingers, Hirsutismus, Ptosis, Katarakt, Strabismus, Hypospadie 246 247
Cornelia-de-Lange-Syndrom Kohesinopathie, Störung der Chromatidkohäsion und damit Mitose, Störung der Regulation der Transkription 248 249 250 SMC1A, SMC3, RAD21 or HDAC8 248 249 250 aut. dom. oder X-linked Mehr als 400 bekannte Fälle symptomorientiert Gesichtsdysmorphien, (gewölbte Augenbrauen mit Synophrie, langes Philtrum, dünne Lippen, behaarte Stirn), pränatale und postnatale Wachstumsretardierung, kognitive Beeinträchtigungen, gastrointestinale Missbildungen, angeborene Herzanomalien und Gliedmaßenfehler 248 249 250
Curschmann-Batten-Steinert-Syndrom, myotone Dystrophie Gendefekt resultiert Splicingdefekte der pre-mRNAs multipler Gene DMPK (Typ I), CNBP (Typ II); beide Loci benachbart zum DFNA18 Locus 251 252 253 aut. dom. Myotonie, Muskelschwund, Insulinresistenz, Herzrhythmusstörungen, Katarakt, Kognitionsstörung und geistige Behinderung Zwei Typen bekannt, auch subklinisch cochleärer Schaden ohne Hörverlust;
Donnai-Barrow-Syndrom Okkulo-Auditorisches Syndrom 254 255 LRP2 254 255 aut rez. 254 255 <50 Pat. Weltweit 254 255 symptomorientiert Zwerchfellhernie, Exophthalmus, Fehlen des Corpus callosum, Myopie, Proteinurie 254 255
DOOR-Syndrom unbekannt TBC1D24 256 , SMARCB1 257 aut. rez. 256 257 Etwa 50 Fälle bekannt 257 symptomorientiert Onychodystrophie, Osteodystrophie, Retardierung, Krampfanfälle 256 257 DOOR= Deafness, Onychodystrophie, Osteodystrophie, Retardierung 256 257
Ehlers-Danlos-Syndrom Störung der Kollagenbiosynthese 258 259 B4GALT7, B3GALT6, SLC39A13 u. a. 259 aut. rez. 1:5 000 258 symptomorientiert Haut- und Gelenkhyperlaxität, Spondylodysplasie, Kyphoskoliose, Aneurysmata und Rupturen von Arterien, Osteopenie/Osteoporose 258 259 Versch. Subtypen bekannt
Fountain-Syndrom unbekannt unbekannt aut. rez. extrem selten symptomorientiert Geistige Retardierung, erythhematöse Schwellung im Gesicht, skeletale Veränderungen 260
Freeman-Burian (Sheldon)-Syndrom distale Arthrogrypose, Multiple Kontrakturen 261 MYH3 261 Sporadisch, aut. dom. 261 Ca. 100 Fälle bekannt symptomorientiert Mikrostomie, wie zum Pfeifen geschürzte Lippen, H- oder V-förmiger Kinndefekt, prominente Nasolabialfalten und größere Kontrakturen von 2 oder mehr Körperregionen, typischerweise an Händen und Füßen 261 Kraniofaziales Syndrom
Hajdu-Cheney-Syndrom Störung des intercellular Notch-Signalweges 262 NOTCH2 262 aut. dom. mehr als 80 Fälle bekannt 262 symptomorientiert kraniofaziale Anomalien, kardiovaskuläre Erkrankung, Nierenzysten 262 Kraniofaziales Syndrom
HOXA1-Syndrom Entwicklungsstörungen des Kopfes, des nervalen Systems, Innenohr und des vaskuläres Systems 263 HOXA1 263 aut. rez. 263 extrem selten 263 bilaterales Duane Syndrom, cerebrovaskuläre und cardiovaskuläre Malformationen, Autismus; variable Phänotypen möglich 263 Gemischter Hörverlust
Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom Verringertes subkutanes Fett, aberrante Lamin A Produktion 264 LMNA 264 de novo, aut. dom. 264 1:4 000 000 264 Osteolyse, verzögerte Eruption und verzögerter Verlust der Milchzähne, abnormale Hautpigmentierung, Alopezie, Osteoporose, schwere Atherosklerose, nächtlicher Lagophthalmos 264
Johanson-Blizzard-Syndrom Defekt der Ubiquitin Protein Ligase E3 Komponente N-Rekognin 1(UBR1) und somit gestörte Ubiquitination und Degradation der Ubiquitin-assoziierten Proteine; Störung der Zellproliferation, Differenzierung, und Apoptosis 265 UBR1 265 aut. rez. 265 Sehr selten, ca. 70 Fälle bekannt 265 exokrine Pankreasinsuffizienz, Hypoplasie der Nasenflügel, Oligodontie, Schädeldefekte, kogni- tive Störung, Kleinwuchs, Hypothyroidismus, Mikrozephalie, intrauterine Wachstumsstörung, kongenitale Herzfehler, urogenitale und anorektal Malformationen, Anomalie der Nieren, late-onset Diabetes mellitus 265
Juberg-Marsidi-Syndrom Störung der E3 Ubiquitin Ligase, die Schlüsselfaktoren wie p53 und Mcl1 reguliert 266 HUWE1 266 X-chrom. rez. 266 6 Familien bekannt 266 symptomorientiert Geistige Retardierung, Wachstumsstörung, Hypogonadismus, Hypertelorismus, Mikrozephalie 266 Hörverlust eventuell bedingt durch rez. Otitis med.?
Kabuki-Syndrom Gestörte Histonen-Lysin-Methylierung und des Chromatin-Remodellings 267 KMT2D, gel. auch KDM6A 267 X-chrom. 267 1:32 000–86 000 267 Neugeborenenhypotonie, Ernährungsschwierigkeiten im Säuglings- und Kleinkindalter, postnatale Wachstumsstörungen, Skelettanomalien, Störungen des Immunsystems, endokrine Anomalien und angeborene Fehlbildungen von Herz, Niere und Gaumen 267
Kallmann-Syndrom Defekte Entwicklung der Gonadotropin-releasing Hormon sekretierenden Neurone und Ausbleiben der Pubertät 268 SOX10, KAL1, FGFR1, FGF8, FGF17, CHD7 u. a. 268 X-linked, aut. rez. oder aut. dom. Sehr selten Hormonersatztherapie Hypogonadotroper Hypogonadismus mit Anosmie, Lippen-Gaumen-Spalte, renale Agenesie, kurze Metakarpalknochen, Synkinesie, Bewegungsstörungen der Augen, zerebellare Ataxie und Skoliose 268 Inzidenz der kongenitalen Hypogonadotropen Hypogonadismus –Syndrome 1:50 000
Kearns-Sayre-Syndrom Mitochondriopathie, Störung der oxidativen Phosphorylierung 269 Deletion der mitochondrialen DNA 269 de novo, selten X-linked 269 1.6:100 000 269 Chronisch progressive externe Ophthalmoplegie, Retinopathia pigmentosa, Reizleitungsstörungen, endokrine Beteiligung, Schwäche der nicht-occularen Muskulatur, Enzephalopathie 269 270 Charakteristische Trias: Erkrankungsbeginn vor dem 20. Lebensjahr, Chronisch progressive externe Ophthalmoplegie, Retinopathia pigmentosa 269
Klippel-Feil-Syndrom Kongenitale Synostose 271 Verschiedene; GDF6, GDF3, MEOX1 Sporadisch, gel aut. rez oder aut. dom. 1:40 000 271 Kongenitale Malformation der Wirbelsäule, extraskeletale Manifestation mit Urogenital- und Herz-Kreislauf-Anomalien, Neuralrohrdefekten und Gaumenspalten 271 272
Kniest-Dysplasie Typ-II-Kollagenose 273 COL2A1 273 aut. dom., selten, exakte Inzidenz unbekannt 273 kurzer Rumpf und Gliedmaßen, Kyphoskoliose und kraniofaziale Anomalien 273
LADD-Syndrom FGFR 2, FGFR 3, FGF10 274 Sehr selten, weniger als 30 Fälle bekannt 274 Hypoplasie/ Aplasie der lacrimalen Drüsen/Gangs, Hypoplasie/Aplasie der Speicheldrüsen, dental Anomalien, Malformationen der Ohren und der Finger 274
Landau-Kleffner-Syndrom erworbene epileptiforme Aphasie 275 Unklar, Mutation von GRIN2A, RELN, BSN, EPHB2 und NID2 beschrieben 275 Keine Angaben in Lit. 275 Ca. 1:1.000 000 275 Antikonvulsive Therapie, Steroide, adrenocorticotrope Hormonsubstitution, ketogene Diät, Immunoglobuline 275 Epileptische Anfälle, Regression der Sprache, aggressives und hyperaktives Verhalten 275 abnormes EEG, Autismus-Spektrum-Störungen
Noonan-Syndrom (früher: LEOPARD-Syndrom) RAS/MAPK Störungen, Entwicklungsstörung Neuralleiste durch Mutationen des „non-receptor protein tyrosine phosphatase“ SHP2 276 PTPN11, RAF und BRAF 276 aut. dom. Ca. 200 Fälle bekannt 276 Lentigines, Elektrokardiogramm-Anomalie, okulärer Hypertelorismus, Pulmonalklappenstenose, Mikrognathie, Wachstumsretardierung 276
Levy-Yeboa-Syndrom KCNQ1 und KCNE3 277 aut. rez. 1 Familie mit 3 Geschwistern bisher beschrieben 277 kongenital Myopathie, rezidivierende sekretorische Diarrhö, Epidermolysis bullosa, Mikrozephalie 277
Marshall-Syndrom gestörte ektodermale Entwicklung 278 Coll11A1 278 aut. dom. <1:1000000 Gesichtsdysmorphie, Hypoplasie der Nasenknochen und Stirnhöhlen, Skelettanomalien 278 progressiver Hörverlust
Maternally Inherited Leigh Syndrome (MILS) and NARP Syndrome mitochondriale Erkrankung 279 MTATP6 279 Maternal 279 1:12,000–1:40,000 Neuropathie, Ataxie, Retinitis pigmentosa 279 MILS 90% Mt DNA mutiert; NARP 70–80% Mt DNA mutiert; Rawle et. al.
Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser Syndrom Hemmungsfehlbildung der Müller-Gänge 1:4000–1:5000 280 Ovarial- und Uterus-Agenesie, Nierendysplasie 280
McCune-Albright-Syndrom Überschussproduktion von Wachstumsfaktoren und Hormonen 281 GNAS 281 Mosaik 281 1:100 000–1:1.000 000 fibröse Dysplasie, Café-au-lait-Flecken, Hypophysendysfunktion 281
MELAS-Syndrom mitochondriale Erkrankung 282 283 MT-TL1 u. weitere mitochondriale DNA-Mutationen 282 283 Maternal Myopathie, Enzephalopathie und schlaganfallähnliche Episoden; Laktatazidose 282 283 Pathologische Veränderungen in der Stria vascularis post mortem nachgewiesen
MERRF mitochondriale Erkrankung 284 MT-TK 284 Maternal 284 Myoklonus, epileptische Anfälle, Ataxie, Muskelschwäche und Demenz, Kleinwüchsigkeit, Degeneration des optischen Nervs, periphere Neuropathie, Kardiomyopathie 284
Möbius Syndrom Störung der Hirnstammentwicklung 285 REV3L PLXND1 285 de novo 1:250 000 285 Fazialis-Parese sowie Parese weiterer Hirnnerven 285 Hörverlust in ca. 10% der Patienten
Myhre Syndrom „Gain of functio“-Mutation, Überschießendes TGFbeta Signaling 286 SMAD4 286 aut. dom. 286 <1:1 000 000 Mikrozephalie, Mittelgesichtshypoplasie, Prognathie und Blepharophimose, Kleinwüchsigkeit 286 Erweiterter vestibulärer Aquädukt als häufigste radiologische Auffälligkeit
Otospondylomegaepiphysealdysplasie; OSMED-Syndrom Kollagen-Defekt 287 COLL11A2 287 aut. rez. 287 <1:1 000 000 287 vergrößerte Epiphysen, Skelettdysplasie mit unverhältnismäßig kurzen Gliedmaßen, Wirbelkörperanomalien 287 Hochfrequenz-Hörverlust Pierre Robbin Sequenz
Pendred-Syndrom Partielle Störung des Pendrins, eines Anionenaustauschers SLC26A4, FOX11, KCNJ10 288 aut. rez. 288 7:100 000 288 Anomalien des Felsenbeins mit erweitertem vestibulären Aquädukt und gel. hypoplastischer Cochlea, Schwindel, euthyreote Struma 288 289 auch hypothyreute Verläufe
Pfeiffer-Syndrom Verlängertes FGF-Signaling 290 FGFR1, FGFR2 290 aut. dom. 290 1:100 000 290 Kraniosynostose 290 Schallleitungsschwerhörigkeit und gelegentlich auch Innenohrschwerhörigkeit
PIGA-Syndrom Glycosylphosphatidylinositol-Defizienz 291 PIGA 291 X-chromosomal 291 Selten 291 Infantile Spasmen, Epilepsie, mentale Retardierung, Zerebrale Läsionen 291
Primäre ziliäre Dyskinesie (Kartagener-Syndrom) DNAI1, DNAH5 DNAH11, CCDC39, CCDC40 292 aut .rez. 292 1:16 000 292 Tägl. Husten, Chronische Infektion der Atemwege, Situs inversus, Asplenie, Infertilität 292 Otitis media + Innenohrschwerhörigkeit (30%)
Jervell-Lange-Nielsen-Syndrom Ionenkanalmutation, 293 KCNE1 oder KCNQ1, SCN5A 293 aut. rez. oder aut. dom. 1:2 000–1:44 500 Defibrillator, Beta-blocker, CI Herzrhythmusstörungen, verlängertes QT-Intervall 293
Rieger-Axenfeld-Syndrom Irido-Dentale-Dysplasie 294 FOXC1 294 aut. dom. 1–9:1 000 000 Gesicht-, Zahn-, Nabel- und Skelletmalformationen, kongenitale Herzfehler 294
Russel-Silver-Syndrom Methylierungsstörung/ Imprinting Störung 295 aut. dom., aut. rez. 295 1:15 000 295 Entwicklungsverzögerung, Kleinwuchs, Clinodaktylie, Hypoglykämie, Skoliose 295
Schinzel-Giedion-Syndrom „Gain of function“ Mutation 296 SETBP1 296 aut. dom. 296 <1:1 000 000 296 Gesichtsdysmorphien, Hydronephrose, schwere Entwicklungsverzögerung, mentale Retardierung, typische Skelettfehlbildungen sowie genitale und Herz-Anomalien, erhöhte Inzidenz neuroepithelialer Neoplasien 296
Senior-Løken-Syndrom Ziliopathie 297 298 Mehr als 10 Gene 298 aut. rez. 297 1:1 000 000 297 symptomorientiert Nephronopthysis, Retinopathie, Diabetes insipidus, zerebelläre Ataxie, hepatische Fibrose 297 298
SeSAME-Syndrom Störung der Entwicklung des Gehirns, der Niere und der Stria vascularis 299 KCNJ10 299 aut. rez. 299 <1:100 000 299 Epilepsie, Ataxie, und Elektrolytstörung 299 Synonym: EAST-Syndrom
Sotos-Syndrom Mutation der Histon-Methyltransferase 300 NSD1 300 aut. dom. 300 1:10 000 300 langes, schmales Gesicht, hohe Stirn, gerötete Wangen und ein kleines, spitzes Kinn, ADHS, Hypotonie, übermäßiges Wachstum 300 Auch Schalleitungsschwerhörigkeit 300
STAR-Syndrom Unbekannt 301 FAM58A (CCNQ) 301 X-chromosomal 301 Selten 301 Telekanthus, Syndaktilie, renale und anogenitale Malformationen 301
Tietz-Syndrom Störung der Entwicklung von Melanozyten 302 MITF 302 aut. dom. <50 Pat. Weltweit CI Hypopigmentierung und hochgradiger Hörverlust 302 Auch in Waardenburg Syndrom
Townes-Brocks-Syndrom Fehlentwicklung der Zilien 303 SALL1 303 aut. dom. 303 Analatresie, dysplastische Ohren und Daumenfehlbildungen 303
Usher-Syndrom Degeneration von Haarzellen und Photorezeptoren 304 Ush 1: MYOVIIA, CDH23, PCDH15, SANS Ush2: ADGRV1, WHRN Ush3: CLRN1 288 304 aut. rez. 304 3:100 000 304 CI Ush 1: angeborene Hör- und Gleichgewichtsstörung, Visusverlust vor der Pubertät Ush2: angeborener Hörverlust, Visusverlust nach der Pubertät Ush3: progressiver Hörverlust, variabler Sehverlust und Gleichgewichtsstörung 288 304 10% aller Hörstörungen bei Kindern
Vici-Syndrom globale Entwicklungsstörung 305 EPG5 305 aut. rez. 305 100 Pat weltweit 305 symptomorientiert 305 Agenesie des Corpus callosum, Grauer Star, okulokutane Hypopigmentierung, Kardiomyopathie, eine kombinierte Immunschwäche 305 Störung der Autophagie
Waardenburg-Syndrom Störung der Entwicklung von Melanozyten Pax 3 (Typ I, III) MITF, SNAI2 (Typ II) Sox10, EDN3, EDNRB (Typ IV) 288 306 aut. dom. (I, III) aut. rez. (II, IV) 1:40 000 CI 307 Hypopigmentierung und Hörverlust (Typ II). + dystopia canthorum (Typ I); + Missbildungen der oberen Extremitäten (Typ III); + Hirschsprung-Krankheit (Typ IV) 288 306 asymmetrischer und variabler Hörverlust
Wolfram-Syndrom, DIDMOAD Mitochondriale Funktionsstörung durch Störung der Calcium-Hömeostase und Stress im endoplasmatischen Reticulum 308 309 WFS1, WFS2 308 309 aut. rez. 308 309 1:55 000 308 309 Insulin Diabetes insipidus, Diabetes mellitus, Optikusatrophie und Ertaubung (Deafness), daher Akronym DIDMOAD 308 309 Progressiver Hörverlust ab der Kindheit, neurologische Symptome
Zellweger-Spektrum-Erkrankungen Peroxisomale Funktionsstörung 310 Pex 1,6,10 310 aut. rez. 310 1:50 000 310 Gallensäure 310 abgeflachtes Gesicht, Nieren-und Leberinsuffizienz; Retinitis pigmentosa 310 Auditorische Neuropathie, „Infant Refsum disease“
Neural/Zentral
Alternierende Hemiplegie des Kindesalters (AHC); Weber-Syndrom, mediales medulläres Syndrom Kanalopathie, alpha3-Untereinheit der Na+/K+-ATPase (ausschließlich in Neuronen des ZNS exprimiert) ATP1A3 de novo Mutationen, selten aut. dom. 1:1 000 000 135 symptomorientiert Schwäche- oder Paralyse-Episoden, Choreoathetose, Dystonien, Dyspnoe, Ataxie, Dysfunktion des autonomen Nervensystems, psychomotorische Regression, episodischer Nystagmus 135
Arnold-Chiari-Malformation Syringomyelie; Entwicklungsstörung des Hirnstamms und der oberen Rückenmarks 311 unbekannt unbekannt unbekannt symptomorientiert Occipitale Cephalgie, Diplopie, Photophobie, Spina bifida, Meningoenzephalozelen, Dysphagie, Dysarthrie, Schlafapnoe 311 Typ 0-VI
Autosomal dominante hereditäre Ataxien Spinozerebeläre Degeneration, verschiedene Formen bekannt 312 Verschiedene Gene auto. dom., X-linked 1–5:100 000 symptomorientiert Ataxien, gestörte Hand-Augen-Koordination, Sprechstörungen, Nystagmen, Diplopien, kognitive Beeinträchtigung, Optikusatrophie, Retinitis pigmentosa, Ophthalmoplegie, Diabetes, kardiale oder skelettale Erkrankungen 312
Canavan-Van Bogaert-Bertrand Leukodystropie, Aspartoacylase-Enzym-Mangel und Akkumulation von N-Acetylaspartatsäure 313 , diffuse spongiforme Degeneration der weißen Hirnsubstanz, Dys- und Demyeliniesierung 314 ASPA 313 314 aut. rez. 313 314 1:100 000; häufiger in Ashkenasim 175 Symptomorientiert, experimentelle Gen- und Zelltherapie, experimentelle und human-getestete Ansätze mit Lithium Makrozephalie, Muskelschwäche, Dysphagie, Krampfanfälle, nasale Regurgitation, Optikusatropie, schwere progressive Psychomotorische Retardierung auditorische Neuropathie 314 ; Fälle ohne auditorische Neuropathie und post mortem Nachweis von Haarzellverlust 315 , kongenitale, infantile und juvenile Formen beschrieben
CAPOS/CAOS Kanalopathie, alpha3-Untereinheit der Na+/K+-ATPase (ausschließlich in Neuronen des ZNS exprimiert) ATP1A3 c.2452G > A 316 de novo Mutation und aut. dom. 316 < 1:1 000 000 175 ; etwas mehr als 40 Patienten in Literatur 317 symptomorientiert Cerebellare Ataxie, Areflexie, Pes cavus, Optikusatrophie 316 318
Charcot-Marie-Tooth-Neuropathie CMT mit Hörverlust 319 Verschiedene Gene; ABDH12; AIFM1;DNMT1;PRPS1;PTRH2 319 aut. rez, dom., X-linked 319 1:3.300 319 symptomorientiert 319 Progressive Neuropathie, Muskelschwäche, Lähmung der Stimmbänder, Retinitis pigmentosa und Katarakte, geistiger Behinderung mit Demenz 319 80 Gene; Klassifizierung nach Genotyp; Leichter bis schwerer Hörverlust; „Hidden hearing loss“
(Stilling-Türk-) Duane-Syndrom kraniale Dysinnervation 320 321 CHN1, MAFB, HOXA1, CDH2 320 321 aut. dom und aut. rez. 320 321 1:1000 320 321 symptomorientiert Eingeschränkte horizontale Augenbewegung, Abduzenshypoplasie, skeletale, auriculäre, oculäre, neurale und renale Anomalien 320 321 3 Typen bekannt, gelegentlich Schalleitungsschwerhörigkeit 321
Hereditäre sensorische Neuropathie axonale Atrophie und Degeneration der sensorischen Neurone, gestörte Sphingolipidsynthese 322 323 SPTLC1 322 323 aut. dom. 322 323 2:1 000 000 Verlust der distalen Sensorik, schmerzlose Verletzungen, Hautulcus, Knocheninfektionen, teilw. Schwere Infekte, die Amputationen der Zehen oder Füße 322 323 erfordern, Demenz Extensive Mikro-gliaaktivierung, könnte auch als inflammatorisch oder metabolisch eingeordnet werden
Superfizielle Siderose Hämosiderinablagerung als Folge von wiederkehrenden Blutungen in den Subarachnoidalraum 324 1:1 000 000 324 Deferiprone, CI 324 Progressive bilaterale Schwerhörigkeit, Ataxie, vestibuläre Dysfunktion, Myelopathie mit pyramidalen Zeichen 324
Sonstige
Cochleäre Dehiszenz („Third Window“-Syndrom) Erweiterter cochleärer oder vestibulärer Aquädukt, knöcherne Dehiszenz 325 Operativ Pseudo-Schallleitungsschwerhörigkeit, Schwindel (Lärm- oder Valsalva-induziert), Autophonie 325
Intralabyrinthäres Schwannom Neoplasma 1:100 000 326 Operativ 327 , CI 328 Hörverlust, langsam progredient oder fluktuierend, Schwindel, Gangunsicherheit 327
Progressive myoklone Epilepsie Gruppe von Störungen mit gemeinsamen Symptomen, Umfasst genetische Krankheiten, mitochondriale Krankheiten und metabolische Syndrome 329 Myoklonus, Epilepsie, Neurogeneration 329

1.4 Ausbildung der Spiralganglienzellen

Bei der Entwicklung des zentralen Nervensystems sind basische „helix-loop-helix“ (bHLH) Transkriptionsfaktoren für die proneuronale Spezifikation von Zellen verantwortlich, wohingegen die laterale Inhibition, bedingt durch das Delta/Notch-System, die neuronale Differenzierung in den Nachbarzellen durch Aktivierung der inhibitorischen Effektorgene Hes und Hey hemmt 40 . Etliche lösliche Faktoren wie Wnt (Wingless), FGF, BMP und Shh (sonic hedgehog) induzieren neuronale Progenitorzellen 41 , die proneuronale Gene exprimieren und den Schicksalswechsel zur Gliaformation über Aktivierung des COUP-TF/II Transkriptionsfaktors erlauben 42 . Diese basalen Muster der Embryonalentwicklung des Nervensystems sind auch bei der Ontogenese des Innenohres zu beobachten. Es ist anzunehmen, dass die gesamte Otozyste zur Neuroblastenformation befähigt ist. Bereits kurz nach der Invagination der otischen Placode, erfolgt eine Delamination von Neuroblasten aus der anterioren und ventralen Region, die als neurosensorische Domäne bezeichnet wird und aus der das VIII. kraniale Ganglion (auch als Cochleovestibularganglion bekannt) entsteht 15 . Zur Differenzierung von Spiralganglienzellen wird der proneuronale bHLH Transkriptionsfaktor Neurogenin1 (Ngn1) benötigt. Nach einer initialen Überexpression von Ngn1 findet innerhalb der sich ausbildenden Spiralganglien eine Hochregulierung von Neurod1 sowie Delta- und Notch-Genen statt, während Ngn1 selbst runterreguliert wird 43 . Die Expression von Gata3 scheint ebenfalls bei der Ausbildung der Neuronen eine wesentliche Rolle zu spielen, insbesondere bei der Anbindung nach zentral. Allerdings konnte dies bislang nicht detailliert geklärt werden, da Gata3 bereits frühzeitig in der Embryonalentwicklung wesentlich zur Ausbildung des Innenohrs beiträgt und eine systemische Deletion von Gata zur Einschränkung der Ausbildung des Innenohres führt 44 . Die Entwicklung der Neuronen hängt unter anderem auch von der Expression von Pou4f1 (frühere Bezeichnung Brn3a) ab 45 . Während ihrer Entwicklung migrieren Spiralganglienzellen vom Ductus cochlearis zum Canalis spiralis modiolus (Rosenthal-Kanal). Sie erreichen ihre postmitotische Phase bereits im Ductus cochlearis in einem basoapikalen Gradienten, d. h. erst treten die Neurone der basalen und mittleren Cochleaabschnitte aus dem Zellzyklus, etwas später die der apikalen Abschnitte. Die auswachsenden Dendriten sortieren und retrahieren sich so, dass die inneren und äußeren Haarsinneszellen nach einem entsprechenden Muster innerviert werden. Dieser Prozess scheint über das G-Protein RhoA-GTP und die Rho-assoziierten GTP-bindenden Proteine Rnd2 und Rnd3 reguliert zu sein. Es hat sich gezeigt, dass ektope Haarsinneszellen in der Lage sind, Verbindungen mit den Spiralganglienneuronen auszubilden 46 , sodass man davon ausgehen kann, dass die Haarsinneszellen die Dendriten der Neurone anziehen. Dies könnte möglicherweise erklären, warum Patienten mit schweren Fehlbildungen des Innenohres (z. B. inkomplette Partition) dennoch von einer Cochlea Implantation profitieren können.

Die Region, die sich zum Corti-Organ entwickelt, exprimiert neurotrophe Faktoren interessanterweise noch vor der Haarsinneszelldifferenzierung, sodass sich entwickelnde Neuriten in das Corti-Organ auswachsen, auch wenn die Ausbildung der Haarsinneszellen fehlt 47 . Erreichen sie jedoch die Habenula perforata, benötigen sie einen Reiz, der von den Haarsinneszellen ausgeht, damit sie weiter in Richtung der großen epithelialen Leiste bzw. der Haarsinneszellen auswachsen 48 . Solche Faktoren können Semaphorin/Neuropilin1, Eph/Ephrin sowie Slit/Robo sein, deren Expression einen Weg definiert, entlang dessen die Dendriten auswachsen können 49 . Morphogene wie Wnt und Shhs werden so exprimiert, dass sich ein dorso-ventraler Gradient ausbildet, der für die Ausbildung der Cochlea notwendig ist 24 . Ferner werden Wnt und Shh eine wesentliche Rolle beim richtungsorientierten Auswachsen der Axone zugesprochen. Damit die Neuriten der Spiralganglienneurone auswachsen, wirken Wnt und Shh gemeinsam mit den Wachstumsfaktoren FGF und BMP 48 . Typ I und Typ II Spiralganglienneurone leiten Reize aus den inneren und äußeren Haarsinneszellen respektive nach zentral weiter. Wann sich dieses Innervationsmuster, welches sich ganz klar beim Erwachsenen zeigt, ausbildet, ist noch unklar. Allerdings scheint dieser Prozess eng an die Peripherin-Expression der Typ II Spiralganglienneurone gekoppelt 50 . Ein weiteres Protein, das bei der Koordinierung des Auswachsens der Neuriten von Typ II Neuronen nicht nur in den Spiralganglienzellen, sondern womöglich auch in den Stützzellen, an denen die afferenten Fasern entlangwachsen sollen, hochreguliert wird, ist Prox1 51 .

Die Expression der Neurotrophine BDNF und NT3, sowie deren Rezeptoren NTRK2 und NTRK3 regulieren sowohl das Überleben als auch das Auswachsen der sich entwickelnden Spiralganglienneurone. Bei der sich entwickelnden Cochlea bildet sich von apikal nach basal ein BDNF-NT3-Gradient aus 52 . Fehlt BDNF, so kommt es zur Ausbildung einer normalen Cochlea mit einer Reduktion der Neurone um ca. 7–15%. Fehlt hingegen NT3, so fehlt die Innervation der basalen Cochlea komplett und ist im mittleren Abschnitt reduziert 48 . Beim Fehlen der Neurotrophine kommt es jedoch nicht nur zu Aberrationen bei der neuronalen Entwicklung im Innenohr. Auch der Ductus cochlearis ist deutlich kürzer, die Haarsinneszellen bilden multiple, unorganisierte Reihen aus, ähnlich wie bei Neurod1-defizienten Mäusen 43 .

1.5 Regenerative Faktoren

Obwohl die Entwicklung des Innenohrs ein sehr komplexer und multifaktoriell beeinflussbarer Prozess ist, kann die gezielte Modulation einzelner Signalwege einen Ansatz für regenerative Therapien ermöglichen. Die Studie REGAIN (REgeneration of hair cells with a GAmma-secretase-INhibitor) zielt darauf ab, durch Hemmung des Notch-Signalwegs Patienten mit bis zu mittelgradigem Hörverlust zu behandeln. Hierbei soll mit dem Notch-Inhibitor LY3056480 die Regeneration von Haarsinneszellen im Innenohr, die mit zunehmendem Alter verloren gehen, ermöglicht werden 53 . Des weiteren hat die Entdeckung Wnt-reaktiver Vorläuferzellen in der murinen Cochlea, die positiv für LGR5 sind 54 , gezeigt, dass Haarzellregeneration durch die Blockierung des Notch-Signals gefördert wird 55 und in der erwachsenen Cochlea auch bei Säugetieren durchaus möglich ist 56 . Im Rahmen der humanen Embryonalentwicklung des Innenohrs steigt die Expression von LGR5 von der 8. bis zur 12. Gestationswoche an 57 . In diesem Zeitraum findet auch die Entwicklung des Corti-Organs statt. Interessanterweise ist der LGR5-Proteinkomplex, der in den apikalen Polen des sensorischen Epithels der Cochlea nachgewiesen wurde, ab der 12. Gestationswoche nur noch auf die Haarsinneszellen begrenzt 57 .

Aktuelle Studien zeigen, dass insbesondere auch Proteoglykane der extrazellulären Matrix an der Entwicklung der Haarsinneszellen und Spiralganglienneurone beteiligt sind, indem sie bestimmte Gene hoch- oder runterregulieren 58 .

1.6 Embryonale Entwicklungsprinzipien – Verknüpfung zu anderen Organsystemen

Im Rahmen der Organogenese werden im Rahmen der Embryonalentwicklung organspezifische Gene hochreguliert, während Gene, die an der Zellteilung und der allgemeinen Morphogenese beteiligt sind, herunterreguliert werden 59 . Später werden dann Gene hochreguliert, die organspezifische Funktionen kodieren 59 . Speziesübergreifende und longitudinale Genexpressionsanalysen zeigen eine hohe Überlappung des Transkriptoms über die gesamte embryonale Entwicklungsspanne und insbesondere von Gehirn, Kleinhirn, Leber, Niere, Testis und Ovarien 59 .

„Next generation sequencing“ Analysen zeigen auf, dass neben den „house keeping“ Genen, die hauptsächlich den Metabolismus koordinieren, auch spezifische Gene für die Organentwicklung und selektive Gene für einen „Crosstalk“ und Interaktion zwischen den Organen exprimiert und als „organ pattern genes“ zusammen gefasst werden 60 . Die spezifischen biologischen Eigenschaften dieser Organmustergene können mögliche Hinweise auf neue Biomarker oder therapeutische Ziele für eine präzise und effiziente Prognose und die Behandlung komplizierter und v. a. auch seltener Krankheiten liefern 60 . Auch könnten sie erklären, wie ein Gendefekt zur Beteiligung verschiedener Organsysteme führt.

Die obige Skizzierung der Embryonalentwicklung der Cochlea und des Hörnervens zeigt, dass die einzelnen Prozesse deutlich komplexer sind und von vielen verschiedenen Faktoren abhängen. Dies zeigt sich insbesondere auch bei den Malformationen, die häufig nicht, wie initial angenommen, den Arrest der Entwicklung zu bestimmten Zeitpunkten widerspiegeln. Verschiedene Gene und Genfamilien sind für die Entwicklung des Innenohrs verantwortlich und viele dieser Gene und Genfamilien sind ebenso Regulatoren der Organogenese anderer Systeme. Zum Beispiel spielen Forkhead-Box-Transkriptionsfaktoren eine Rolle bei der Entwicklung verschiedener Organsysteme durch Regulierung und posttranslationale Modifizierung verschiedener Gene wie Neurod und Sox2 61 . Sox2 ebenso wie BMP, WNT und FGF sind in der Kardiogenese 62 , Otogenese 63 , Skeletogenese 64 sowie in der retinalen 65 Entwicklung involviert. Eine weitere Gruppe von evolutionär konservierten Faktoren, die für die Entwicklung zahlreicher Organe (Augen, Nieren, Herz, Muskel und Innenohr) involviert sind, sind die Eya (eyes absent)-Moleküle 66 . Insbesondere konserviert ist die Karboxyl-Domäne bei den Eya-Molekülen, die Six (Sine oculis) Proteine bindet 66 . Eya4-Mutationen sind z. B. Ursache für eine seltene autosomal dominante vererbbare Hörstörung, die gelegentlich mit einer dilatativen Kardiomyopathie einhergeht 66 .

2. Nicht-syndromale Hörstörungen

Nicht-syndromaler Hörverlust (NSHL) wird vorwiegend autosomal rezessiv (ca. 80%) übertragen, aber auch autosomal dominant (ca. 15%), X-chromosomal (2–5%) sowie mitochondrial (1%) weitervererbt. Einige, aber nicht alle dieser Mutationen sind in den Tabellen wiederzufinden. Trotz der bekannten Genmutation und des Vererbungsmusters ist das vollständige Verständnis der nicht-syndromalen Hörstörungen aufgrund der extremen klinischen und genetischen Heterogenität eine große Herausforderung 67 .

Fast 100 Gene sind bislang identifiziert, die zu einer nicht-syndromalen Hörstörung führen können. Eine gelungene Übersicht der bis 2015 identifizierten Gene findet sich bei Vona et al. 67 . Aus den bei den nicht-syndromalen Hörstörungen betroffenen Genen resultiert ein wesentlicher Erkenntnisgewinn zur Funktion der ausgereiften Cochlea. Die bei den seltenen und v. a. nicht-syndromalen Erkrankungen beteiligten Signalwege erlauben insbesondere das Aufdecken neuer pathophysiologischer Vorgänge, die zu einem Hörverlust führen. Variationen in der Genotyp-Phänotyp-Korrelation sind bei Mutationen einzelner Gene bekannt, und trotz autosomal dominantem Vererbungsmuster können Geschwister unterschiedliche Schweregrade der Hörstörung aufweisen 67 . Solche Variationen sind im Rahmen der Recherche auch bei syndromalen Erkrankungen aufgefallen. Hier sind ganze Organsysteme teilweise nicht betroffen (unvollständige oder reduzierte Penetranz), auch wenn die gleiche Genmutation vorliegt 68 . Sekundäre genetische Faktoren oder Umwelteinflüsse könnten z. B. für die Variationen verantwortlich gemacht werden (Epigenetik). Bereits 1941 wurden statistische Methoden eingesetzt, um die Existenz von Modifyer-Genen bei Chorea Huntington nachzuweisen, sodass das Konzept dominanter Modifyer -und Suppressor-Gene für den hohen Grad an Variabilität verantwortlich gemacht wird 69 . Tatsächlich sind 2 Loci für Modifyer-Gene identifiziert worden, die die Variabilität bei bestimmten Hörstörungen bedingen könnten 67 .

Trotz der Variationen (z. B. kann das Einsetzen der Hörstörung auch bei gleicher Genmutation sehr variable sein) zeigen die autosomal-dominanten Hörstörungen (DFNA-Loci) häufig ein charakteristisches Audioprofil 70 , das sogar bei der Diagnose behilflich sein kann. Obwohl bemerkenswerte Fortschritte zur Identifizierung einer Vielzahl von Genen geführt haben, deren Störung zum Hörverlust führen kann, ist das mechanistische Verständnis insbesondere der nicht-syndromalen Hörstörungen bisher nicht ausreichend, um eine vollständige Aufklärung der Pathophysiologie oder effektive Therapien zu ermöglichen.

Im Zeitalter der modernen molekularbiologischen Methoden, gepaart mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen erscheint nicht nur eine individuelle ursachenorientierte Versorgung von Patienten mit Hörstörungen in greifbarer Nähe. Auch präventive Maßnahmen, z. B. durch Kontrolle der strukturellen, mutationellen und epigenetischen Veränderungen der Hörstörungen sind denkbar. Dies bedeutet, dass neben den klassischen, mittlerweile sehr weit verbreiteten und zugänglichen Omics-Technologien und bildgebenden Verfahren zur Sicherung der Diagnose, eine intensivierte Diagnostik der Patienten zur Sicherung post-translationaler Veränderungen, zur Erfassung einer pathologischen Viruslast oder des Inflammasoms 71 entwickelt werden müsste. Hierbei eignen sich Screening-Technologien, die z. B. neben der Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen 72 auch miRNA-Bestimmungen in der Perilymphe 73 sowie Untersuchungen an Modellzellen oder patienteneigenen Zellen integrieren 74 und so echte personalisierte Medizin ermöglichen könnten.

3. Fehlbildungen der Cochlea

Berichte über Fehlbildungen des Innenohrs gehen auf post-mortem Untersuchungen zurück, und erste Pioniere wie Carlo Mondini (1729–1803) beschrieben Veränderungen wie ein Fehlen der apikalen Windung und einem erweiterten vestibulären Aquädukt, die unter dem Namen Mondini-Dysplasie bekannt ist 75 . Eugene Michel (1819–1883), der Deutsche HNO-Arzt Arno Scheibe (1864–1937), Gustav Alexander (1873–1932) sowie der Schweizer Neurologe Paul Robert Bing (1878–1956) sind Namensgeber charakteristischer Fehlbildungen des Innenohrs 76 . Im Rahmen der post mortem Untersuchungen sind charakteristische Fehlbildungen des Innenohres sowohl das knöcherne (20%) als auch das membranöse Labyrinth (80%) betreffend erfasst worden. Im Jahr 1974 publizierte der amerikanische Otologe Harold Frederick Schuknecht (1917–1996) sein Standardwerk über die Pathologie des Ohres, indem er auf der Basis histologischer Untersuchungen an einer großen Schläfenbeinsammlung neben den Malformationen auch alle anderen, die Cochlea betreffenden Erkrankungen auflistete.

Basierend auf der Bildgebung mittels Polytomografie und z. T. CT wurde 1987 von Jackler und seinen Kollegen Luxford und House die erste und auch heute noch klinisch verbreitete Klassifikation der kongenitalen Malformationen der Cochlea und des Labyrinths 77 publiziert.

Fast 100 fehlgebildete Innenohren wurden wie folgt klassifiziert:

  1. Komplette Aplasie (Michel-Aplasie)

  2. „Common cavity“

  3. Cochleäre Aplasie mit normal entwickeltem Labyrinth

  4. Cochleäre Hypoplasie

  5. Inkomplette Partition (kleine Hörschnecke mit inkomplettem oder fehlendem interskalarem Septum; Bogengang normal oder malformiert)

Der bis dato revolutionäre Aspekt dieser Klassifizierung war das Konzept des embryologischen Entwicklungsarrests zur Erklärung der verschiedenen Formen von Malformationen 76 . Ein Ausbleiben der Entwicklung des Innenohrs in verschiedenen Stadien der Embryonalentwicklung als Pathomechanismus der Malformationen erklärt jedoch nur einen Teil der beobachteten Veränderungen. Auch Jackler erklärte in seiner Studie bereits, dass auch Malformationen vorkommen, die eher auf eine gestörte und weniger auf eine fehlende Entwicklung hinweisen 77 : die Fehlbildungen wurden entsprechend der Gestationswoche, in der die embryologische Entwicklung anscheinend gestört ist, aufgelistet. Jackler und seine Kollegen begründen dies mit der Ähnlichkeit von polytomographischem Bild und den (gezeichneten) Entwicklungsstadien nach Streeter 78 . Die Reihe beginnt mit der Labyrinthären Aplasie (Michel-Deformität, dritte Gestationswoche). Es folgt die „common cavity“ in der 4. Gestationswoche, die cochleäre Agenesie in der 5. Gestationswoche und die schwere und milde cochleäre Hypoplasie in der frühen und späten 6. Gestationswoche. Die inkomplette Partition, die klassische Mondini-Fehlbildung, stellt die zeitlich letzte Fehlbildung in der 7. Gestationswoche dar. Die Einteilung von Jackler et al. unterscheidet weiter eine Gruppe A mit einer fehlenden oder fehlgebildeten Cochlea (komplette labyrinthäre Aplasie, cochleäre Aplasie, cochleäre Hypoplasie, inkomplette Partition und „common cavity“) und eine Gruppe B mit normaler Cochlea (erweiterter vestibulärer Aquädukt, eine genau beschriebene Bogengangsdysplasie, die aus einem erweiterten Vestibulum und einem kurzen, aber dilatierten lateralen Bogengang besteht). Sennaroglu und Kollegen entwickelten die Jackler-Klassifikation im Hinblick auf die chirurgische Anatomie für die Cochlea Implantation weiter 79 . Als inkomplette Partition Typ I (IPT1) wird eine ausgeprägte Form mit fehlender Partitionierung der gesamten Cochlea mit auffällig erweitertem Vestibulum und nicht nachweisbarem Modiolus bezeichnet. Die äußere Begrenzung der Cochlea ist plump und oft aufgetrieben. Eine begleitende Fehlbildung von Vestibulum und Bogengängen ist zu erwarten, hingegen kommt ein erweiterter vestibulärer Aquädukt nicht vor. Eine klare Abgrenzung von der „common cavity“ gibt es nach den gängigen Definitionen nicht. Der weite Übergang von der Cochlea zum Vestibulum charakterisiert auch die IPT1, was sich in dem Synonym „zystische cochleovestibuläre Fehlbildung“ widerspiegelt 80 81 82 . Die „common cavity“ wurde als Fehlbildung mit gemeinsamer Höhle von Cochlea und Vestibulum, die durch einen weiten Übergang verbunden sind, beschrieben. Diese Definition, ursprünglich durch den histologischen Bericht von Edward Cock 1838 geprägt 83 , reicht für eine klare Abgrenzung gegenüber der inkompletten Partition Typ I nicht aus. Das Resultat ist eine unscharfe Verwendung in der Literatur. Ähnlich wie beim erweiterten vestibulären Aquädukt, der bei zahlreichen anderen Fehlbildungen begleitend vorliegen kann, ist der Modiolus auch regelmäßig bei der „X-linked deafness“ und der IPT1 nicht in seiner typischen Form im CT abgrenzbar. Als „inkomplette Partition Typ 2“ wird heute die ursprünglich von Mondini beschriebene Fehlbildung verstanden.

Der Aspekt der Klassifikation weg von der „developmental arrest“ Theorie hin zu multifaktoriellen genetischen Defekten wird in einer Übersichtsarbeit über Cochlea Implantation bei Kindern mit cochleovestibulären Malformationen deutlich 84 . Die genetische Codierung der Mäuseotozyste ( Abb. 2 und 3 ) schließt nach Papsin et al. die Hypothese des „developmental arrest“ eines einzelnen Entwicklungspfades weitestgehend aus 84 . Stattdessen werden mögliche multiple distinkte Wege der Entwicklung des Innenohres beschrieben. Die Aufdeckung der genetischen Signatur einzelner Fehlbildungen und die Korrelation zu radiologischen Befunden verändert das Verständnis der Pathogenese in diesem Gebiet entscheidend.

3.1 X-chromosomale Schwerhörigkeit (X-linked deafness DFN3, Gusher assoziiert)

Die als X-chromosomale Schwerhörigkeit bezeichnete Ertaubung zeigt ein charakteristisches CT-Bild (IPT3) mit weit offener Verbindung zwischen Cochlea und innerem Gehörgang. Der Fundus des inneren Gehörgangs ist dabei dilatiert ( Abb. 4 ). Der Modiolus und die Lamina cribrosa fehlen, sodass hier eine direkte Verbindung zwischen der Perilymphe des Innenohres und dem Liquor im Subarachnoidalraum besteht. Weitere Charakteristika sind die korkenzieherartige Erscheinung der Cochlea, weite Nervenkanäle für den N. Fazialis und den N. ampullaris posterior aus dem N. vestibularis inferior (im Canalis singularis) sowie plumpe Ausstülpungen am Vestibulum. Auffällig ist auch ein kleiner, meist vollständig knöchern umbauter Saccus endolymphaticus.

Abb. 4.

Abb. 4

Volume Rendering aus dem T2-Datensatz einer MRT – Untersuchung eines Patienten mit X-chromosomaler Schwerhörigkeit. Typisches korkenzieherartiges Bild der Cochlea (weißer Pfeil auf basaler Windung). Der Fundus (Pfeilspitze) des inneren Gehörganges ist aufgeweitet.

Klinisch präsentiert sich die X-linked deafness zumeist als tiefgreifende gemischte Schalleitungs- und Schallempfindungsschwerhörigkeit beidseits. Nance et al. beschrieben 1971 zuerst eine kongenitale Fixierung der Stapesfußplatte bei X-chromosomaler kombinierter Schwerhörigkeit und Gusher 85 . Die offene Verbindung zum Liquor führt bei einer Stapesmobilisation zum Austritt von Liquor, dem sogenannten Gusher. Weibliche Träger sind beschrieben, weisen aber nur zu einer kleinen Zahl anatomische Auffälligkeiten im CT auf und ihr Hörverlust fällt deutlich geringer aus 86 .

In einigen Fällen ist eine Versorgung mit Hörgeräten ausreichend, oft aber besteht eine Indikation für ein CI. Chirurgisch ist hier v. a. das Vorschieben des Elektrodenträgers eine Herausforderung, da es leicht durch die offene Verbindung in den inneren Gehörgang gelangt ( Abb. 5 ). Die Anfertigung einer intraoperativen digitalen Volumentomographie ist hier sinnvoll. Das Sprachverstehen nach Cochlea Implantation ist gut und vergleichbar mit Patienten ohne Innenohrfehlbildung 87 88 .

Abb. 5.

Abb. 5

Patient mit einer X-chromosomale Schwerhörigkeit. CT Schläfenbein axial in 2 Ebenen ( a ) Es zeigt sich eine weite, offene Verbindung zwischen dem inneren Gehörgang und der basalen Windung, einer fehlender Modiolus und eine fehlende Lamina cribrosa (schwarzer Pfeil). ( b ) Links ist der breite Fazialiskanal gut darstellbar (schwarze Pfeilspitze). Nach Cochlea Implantation zeigt sich eine Fehllage des linksseitig eingebrachten CI-Elektroden-Arrays im inneren Gehörgang (weiße Pfeile).

Die Lokalisation auf dem Gen POU3F4 wurde als erstes 1995 von Kok et al. beschrieben 89 . Seitdem wurden über 63 ursächliche Mutationen auf dem POU3F4 (DFNX2) Gen berichtet, darunter 44 Punktmutationen und unterschiedliche Deletionen 90 . POU3F4 wird im sich entwickelnden Neuralrohr exprimiert und später besonders in den Regionen des Großhirns, supraoptisch und paraventrikulär in den Hypothalamuskernen. Bereits 1982 berichtete Myhre et al. über eine rezessive X-chromosomale Störung mit congenitaler Taubheit und Hypogonadismus 91 . Die Patienten aus unserer eigenen Klinik weisen in über 90% Hamartome des Hypothalamus auf, die ungleich der üblichen Klinik bei Hamartomen mit Lachanfällen und einer Pubertas praecox sich durch das Gegenteil, nämlich einen hypogonadotrophen Hypogonadismus auszeichnen 92 . Auch Siddiqui et al. beschreiben hypothalamische Fehlbildungen bei Patienten mit einer X-chromosomalen Schwerhörigkeit und IPT3, womit diese unter den syndromalen Fehlbildungen eingeordnet werden kann 93 .

Die X-chromosomale Schwerhörigkeit mit identifiziertem Gendefekt in POU3F4 stellt nicht die einzige mit Mutationen auf dem X-Chromosom identifizierte Hörstörung dar. Zusammen machen diese etwa 1–2% der syndromalen und nicht-syndromalen Hörverluste aus. Es wurden bisher 6 Loki und 5 Gene für den nicht-syndromalen Hörverlust und mindestens 15 für syndromalen Hörverlust identifiziert 94 , darunter das Norrie-Syndrom, Cornelia-de-Lange-Syndrom, Fabry-Syndrom, Alport-Syndrom, STAR-Syndrom, PIGA-Syndrom und die X-chromosomale Adrenoleukodystrophie, um nur einige zu nennen, die alle zu den seltenen Erkrankungen zählen.

3.2 Komplette Bogengangsaplasie und CHARGE-Syndrom

Die komplette Aplasie der Bogengänge stellt ein Hauptkriterium des CHARGE Syndroms dar, kann aber auch isoliert vorkommen und ist in Kombination mit dem Wildervanck, Noonan, Goldenhar oder VACTERL-Syndrom beschrieben 95 96 . Die erste Beschreibung erfolgte 1979 unabhängig von Hall und von Hittner, das Krankheitsbild ist daher auch unter dem Namen Hall-Hittner-Syndrom bekannt. Das Akronym CHARGE wurde hingegen 1981 von Pagon et al, vorgeschlagen 97 : „Coloboma, Heart defects, Choanal atresia, Retardation, Genitourinary und Ear abnormalities“. Die heute verwendeten Kriterien wurden von Blake et al. 1998 vorgeschlagen und 2005 von Verloes et al. 2005 überarbeitet 98 . Verloes stellt dabei v. a. die drei „C“ als Haupt-Kriterien heraus: Colobom, Choanalatresie und Hypo/Aplasie der Bogengänge (semicircular canals). Abhängig von der Zahl der erfüllten Kriterien wird zwischen typischem, partiellem und atypischem CHARGE unterschieden, wichtig ist aber, dass bereits bei wenigen erfüllten Kriterien eine Diagnose vorliegt. Die phänotypische Ausprägung ist insbesondere beim CHARGE Syndrome sehr breit gestreut. Von den Hauptkriterien wird die Ohrfehlbildung in 95–100%, davon Innenohr 90% beschrieben 99 , es folgt das Colobom mit 90% und die Nervenfehlbildungen insbesondere vom N. facialis in 50–90%, je nach Literatur. Die komplette Aplasie der Bogengänge (SCC-Aplasie) ist eine bildmorphologische Diagnose basierend auf der Computer-Tomografie. Sie stellt unter den Innenohrfehlbildungen eine Besonderheit dar, da hier der phylogenetisch ältere Teil des Labyrinths fehlt. Entsprechend tiefgreifende genetische Veränderungen liegen vor, sichtbar an der Vielzahl der beschriebenen assoziierten Malformationen von Auge, Mittellinienstrukturen des Gesichtsschädels, mediastinalen Fehlbildungen (cardiale und ösophageale; Thymusaplasie möglich) und Fehlbildungen der ableitenden Harnwege und Genitalien, die alle unterschiedlichen, nicht aneinander angrenzenden embryonalen Territorien zugehören. Die CT und MRT des Schläfenbeines ist bei bestehenden Hörstörungen die Untersuchung der Wahl zur Abklärung vorliegender Innenohrfehlbildungen. Dabei zeigt das CT des Schläfenbeines ein vollständiges Fehlen der Bogengänge einschließlich des Utrikulus ( Abb. 6 ). Das sichtbare Vestibulum ist klein, meist kommaförmig und enthält nur den zur pars inferior gehörigen Sacculus ( Abb. 7 ). Die Cochlea weist zumeist eine verminderte Windungszahl (Hypoplasie) auf. Eine fehlende Separierung der Skalen kann begleitend bestehen. Bei häufigen Nervenhypo- und -aplasien ist auch der innere Gehörgang zumeist schmal. Die Darstellung der Nerven erfolgt im MRT mittels einer hochauflösenden T2-Sequenz. Der N. fazialis und N. vestibulocochlearis können vollständig fehlen (4% der Fälle), meistens liegt aber ein N. fazialis vor und die Hypo- und Aplasien betreffen häufiger einen Teil des N. vestibularis als den N. cochlearis. Eine weitere begleitende Fehlbildung im Bereich des Schläfenbeines stellt in bis zu 80% ein persistierender petrosquamöser Sinus dar. Dieser stellt ebenso wie ein fehlendes ovales oder rundes Fenster und ein kleines Mittelohr eine chirurgische Herausforderung bei der Cochlea Implantation dar. Ein aberranter Fazialisverlauf im Mittelohr wird ebenso beobachtet. Der petrosquamöse Sinus kann in seltenen Fällen die venöse Drainage des intrakraniellen Raumes führend vom Sinus transversus übernehmen. Zudem erfolgt in einem kleinen Teil der Austritt der Vene über ein Foramen postglenoidale dorsal des Kiefergelenks. In diesen Fällen findet sich nur noch ein entsprechend kleines Foramen jugulare.

Abb. 6.

Abb. 6

Komplette Bogengangsaplasie. Axiale CT des Schläfenbeines bei kompletter Bogengangsaplasie. a Beidseitig hypoplastische Cochlea; b Rechts zeigt sich eine normale Weite der cochleären Apertur, links ist die Öffnung hochgradig eingeengt (Pfeil) – hier kann man eine Hypo- oder Aplasie des N. cochlearis bereits vermuten, beweisend ist dann aber erst das MRT; c Schmale Innere Gehörgänge (schwarze Pfeile) sind ebenso typisch wie das kommaförmig angelegte Vestibulum bds (weißes V); d Es sind keine Bogengänge erkennbar, der Aquäduktus vestibularis (Pfeil) stellt die einzige schmale Struktur dar.

Abb. 7.

Abb. 7

Aplasie der Bogengänge. Volume Rendering aus dem T2-Datensatz einer MRT-Untersuchung eines Patienten mit kompletter Bogengangsaplasie und CHARGE-Syndrom. Die Cochlea (Pfeilspitze) ist hypoplastisch und das Vestibulum (Pfeil) enthält nur den Sacculus. Bogengänge sind keine ausgebildet.

In manchen Fällen ist auch ein Colobom des Auges direkt im Bild dargestellt: hier handelt es sich um ein weiteres der „drei C“, den Hauptkriterien nach Verloes 2005. Das Colobom ist eine angeboren Spaltbildung von Iris, Linse oder Augenhintergrund. Im letzteren Fall ist dies im Schnittbild als Ausstülpung des Augenbulbus um oder neben dem N. optikus sichtbar ( Abb. 8 ). Es kann eine begleitende Mikroophthalmie bestehen. Das dritte „C“ lässt sich ebenfalls im CT darstellen, es handelt sich um die Choanalatresie. Diese kann einseitig oder beidseitig sowie knöchern oder nur als Weichteilverschluß bestehen. Sie wird allerdings insbesondere bei beidseitiger Ausprägung direkt nach Geburt auffällig und ist bei Diagnostik zur Eignung für eine CI bereits behandelt.

Abb. 8.

Abb. 8

T2 gewichtete axiale MRT eines Kindes mit CHARGE im Rahmen einer Cochlea-Implant-Voruntersuchung. Kolobom am rechten (schwarzer Pfeil) und linken Auge.

Die Angaben zur Inzidenz der begleitenden Hörstörung bei CHARGE schwanken für die schwere Hörstörung bzw. Surditas zwischen 50 und 90%. In unserem eigenen Patientenkollektiv mit ausschließlich Patienten mit kompletten Bogengangsaplasien weisen praktisch alle Fälle eine schwere Hörstörung bzw. eine Surditas auf. Hier ist bei vorhandenem N. cochlearis eine Cochlea Implantation die Therapie der Wahl. Die Implantation kann eine Herausforderung darstellen, denn die begleitenden Fehlbildungen erschweren den Zugangsweg zur Cochlea. Daher sollte eine sorgfältige Auswertung des CT für den besten Zugangsweg hier vorausgehen. Das Sprachverstehen nach CI zeigt ein breites Spektrum abhängig von den vorhandenen Fähigkeiten bei möglicher begleitender Retardierung, Blindheit und anderen Behinderungen. Insgesamt ist aber unabhängig von der Ausprägung des CHARGE ein positiver Zugewinn beschrieben. Etwa die Hälfte der implantierten Kinder nutzt eine sprachliche Kommunikation ein Jahr nach Implantation 97 .

Die genetische Ursache des CHARGE-Syndroms ist eine Mutation des CHD7, die einen Funktionsverlust zur Folge hat. Patienten, die die diagnostischen Kriterien des CHARGE-Syndroms erfüllen, weisen eine Mutation in bis zu 95% auf. Die meisten Mutationen sind jeweils einmalig und gleichverteilt über die Codierungsregion von CHD7 – es wurden über 500 verschiedene pathologische Veränderungen bis heute beschrieben, 75% davon sind „frameshift“ oder „nonsense“-Mutationen. Nahezu alle Mutationen entstehen de novo, aber ein familiäres Auftreten wurde ebenfalls beschrieben. In solchen CHARGE-Familien zeigt sich eine erhebliche Bandbreite der klinischen Ausprägung, von den sehr mild betroffenen Eltern, die in der Regel kaum die Kriterien erfüllen bis hin zum vollen Spektrum bei den Kindern.

Bei der Ausprägung des CHARGE-Syndroms gibt es Überschneidungen mit dem Kallmann-Syndrom sowie der 22q11.2 Deletion. Anomalien des N. olfaktorius werden sowohl bei Kallmann als auch bei CHARGE gefunden. Immundefekte sind häufig bei 22q11.2 Deletion, können aber auch bei CHARGE auftreten. Wie bei der 22q11.2 Deletion kann eine Thymusaplasie bestehen. Daran sollte man bei rezidivierenden Mittelohrinfektionen bei CHARGE denken, da diese nicht immer allein durch die anatomischen Gegebenheiten bedingt sein können.

3.3 Cochlea Implantation bei Fehlbildungen der Cochlea

Die Rehabilitation des Gehörs hat nicht nur bei Patienten mit einem im CT normal ausgebildeten anatomischen Labyrinth eine hohe Erfolgsrate, sondern auch bei den Patienten, die eine knöcherne Fehlbildungen im Rahmen der Cochlea-Implant-Voruntersuchung aufweisen (ca. 20%) 100 . Die Versorgung dieser Patienten stellt eine besondere Herausforderung dar. Komplikationen z. B. durch einen aberranten Verlauf des Nervus fazialis oder durch das erhöhte Risiko einer Meningitis beim Vorliegen eines „Gushers“ können bei Anomalien der Hörschnecke besonders häufig auftreten 79 84 101 102 103 . Gerade deswegen ist eine eingehende Evaluation jedes Cochlea-Implant-Kandidaten und insbesondere von Kindern in erfahrenen Zentren von Bedeutung. Eine Reihe unterschiedliche Beschreibungen der Fehlbildungen des Innenohrs ist in der Literatur zu finden und derselbe Begriff kann je nach Autor ganz unterschiedliche Bedeutungen haben. Nicht nur Lenarz und Kollegen bereits in den 90er Jahren und Sennaroglu et al. 2017 haben daher eine einheitliche Beschreibung der Fehlbildungen gefordert 79 103 um nicht nur Vergleiche und einen Wissensaustausch zu ermöglichen, sondern v. a. auch um eine Richtlinie bei der Versorgung dieser Patienten erstellen zu können.

Der Ansatz einer einheitlichen Klassifikation insbesondere unter Berücksichtigung der Anatomie wurde durch Jackler im 20. Jahrhundert und Sennaroglu 2002 sowie durch zahlreiche weitere Autoren verfolgt. Nicht nur das gesamte Spektrum der Fehlbildungen wurde hierbei dargestellt, sondern auch einzelne und z.T. auch seltene Untergruppen. So wurden die inkomplette Partition 1 und 2 um atypische Fälle erweitert: z. B. eine IPT2 (ehemals Mondini im klassischen Sinn) ohne einen erweiterten vestibulären Aquädukt 104 . Oder eine IPT1, die genau diese Erweiterung aufweist 104 . Es wurden die Verläufe des N. fazialis im knöchernen Abschnitt näher betrachtet 105 . Die cochleäre Hypoplasie wurde gleich mehrfach genauer eingeteilt 106 107 108 . All dies spiegelt die enormen Möglichkeiten wider, in der genetische Faktoren kombiniert werden können, um dieses schier unübersichtliche Spektrum verschiedener Fehlbildungen zu liefern. Allerdings kommen eine ganze Reihe der Fehlbildungen häufiger vor als andere und die sind es, die es sich einzuteilen lohnt.

Am Beispiel des Begriffs „common cavity“ wird klar wie unterschiedlich Begrifflichkeiten verwendet werden und wie inkomplett wir trotz Fortschritten in Genetik und Bildgebung die Entstehung der Innenohrmalformationen verstanden haben. Der Begriff „common cavity“ wird in der Literatur für unterschiedliche Fehlbildungen verwendet, mindestens 3 grundsätzlich verschiedene Gruppen fallen darunter: 1.) Jackler beschrieb mit dem Begriff der „common cavity“ eine Otozyste, die noch die Anlage für sowohl die Cochlea als auch das Vestibulum und die Bogengänge in sich trägt, also eine Fehlbildung auf einer sehr frühen Entwicklungsstufe. 2.) Andere Arbeiten verwenden die Bezeichnung in dem Sinn, dass die Cochlea und das Vestibulum, beide plump ausgebildet, unpartitioniert und dilatiert eine gemeinsame Höhle bilden, somit zumeist ein breiter Übergang zwischen den beiden besteht. Im Eintrittsbereich der Nerven sind diese in der Regel nicht in N. cochlearis und N. vestibularis zu trennen. Im amerikanischen Sprachgebrauch taucht hierfür teilweise der Begriff „cystic cochleovestibular anomaly“ („figure 8-deformity“) auf 109 . Gleichzeitig weist diese Fehlbildung keine klaren Abgrenzungskriterien zur inkompletten Partition 1 auf, bei der auch die Cochlea dilatiert und unpartitioniert und das Vestibulum stark verplumpt sind. Eine willkürliche Grenze wäre allenfalls in der Weite des Überganges zu setzen, die jedoch funktionell für die Cochlea Implantation keine Konsequenz hat. 3.) Sennaroglu weist darauf hin, dass die cochleäre Aplasie von der „common cavity“ nicht in allen Fällen sicher abgegrenzt werden kann 79 . Er beschreibt dabei eine Fehlbildung, die ovalär und überwiegend dorsal des inneren Gehörganges gelegen ist und sehr wohl eine nervale Anbindung besitzt (im Gegensatz zur Otozystendeformität von Jackler, die diese nicht benötigt). Beide, sowohl die cochleäre Aplasie als auch die „common cavity“ können rudimentäre oder auch z. T. ausgebildete Bogengänge besitzen. Damit ist die „common cavity“ in der Tat CT-morphologisch formell nicht von der cochleären Aplasie zu trennen. Einzig das Kriterium des bei der cochleären Aplasie häufig bestehenden sklerosierten Bereiches ventral/inferior des Inneren Gehörganges wird nicht mit herangezogen zur Unterscheidung ( Abb. 9 ). Anhang eigener Beobachtungen ist dieser sklerosierte Bereich aber bei fast allen „common cavites“ und cochleären Aplasien vorhanden. Diese Überschneidungen machen eine Abgrenzung schwierig, eine Entscheidung zur Cochlea Implantation sollte unseres Erachtens auf dem Nachweis des inneren Gehörgangs und der Nerven im MRT basieren. Dieses Beispiel zeigt wie wichtig Schichten auf multiplen Ebenen des Labyrinths zur Beurteilung der jeweiligen Fehlbildungen sind. Wird nur eine Schicht gezeigt, wie dies oft bei Publikationen zu finden ist, sind die für die Fehlbildung benötigten Kriterien nicht immer nachvollziehbar. In Bezug auf die individuelle Beurteilung und Therapie stellt hier die 3-dimensionale Rekonstruktion und die damit ermöglichte individuelle Anpassung der Elektrode die logische Fortsetzung dar 106 .

Abb. 9.

Abb. 9

Patient mit cochleärer Aplasie. a Die schwarzen Pfeile zeigen den sklerosierten Bereich der otischen Kapsel, wo normalerweise die Cochlea ausgebildet wäre. b und c zeigen weiter dorsal gelegene Bereiche, die das dysplastische Vestibulum erfassen, das in d mit schwarzen Pfeilen beidseits gekennzeichnet ist.

Es gibt Arbeiten, die bei cochleärer Aplasie ein Sprachverstehen nach Cochlea Implantation berichten 100 . Dies sind genau diejenigen cochleären Aplasien, die von anderen als common cavity bezeichnet werden. Das Vorhandensein eines stimulierbaren Spiralganglions ist demnach im CT nicht zu beurteilen. Eine Kombination der CT-Morphologie sowie der nervalen Anlage wie sie im MRT erscheint ist besser geeignet zur Beurteilung der Erfolgschancen einer Cochlea Implantation. Dies hat lange Einzug erhalten in der Cochlea-Implant-Voruntersuchung. Eine Einteilung nach Schweregrad der assoziierten Nervenfehlbildungen wurde von Giesemann et al. 2012 publiziert 110 . Hier wird deutlich, dass schwere Fehlbildungen regelmäßig ein ganzes Spektrum unterschiedlicher Nervaplasien mit gewissen Wahrscheinlichkeiten aufweisen. Die Auflösungsgrenze des MRT ist hier entscheidend und weitere Verfahren wie z. B. der Promontorialtest und BERA sollten hinzugezogen werden. Bis zu welcher Grenze Hypoplasien des Nervus cochlearis noch zu erfolgreichen Implantationen führen, ist eine der derzeit noch offenen Fragen im Bereich der Fehlbildungsversorgung.

Beispiele einer Einteilung, die die klinisch wichtigsten Fehlbildungen umfasst, die v. a. Bildmorphologisch gut voneinander zu trennen sind, in Relation zum Vorhandensein eines cochleären Nervens können der Tab. 1 entnommen werden 110 .

4. Susac – Syndrom

Eine autoimmun-mikroangiopathische Endotheliopathie, die zum Verschluss der präkapillären Arteriolen des Gehirns, der Retina und des Innenohrs führt wird als Susac-Syndrom definiert 111 . Der Neuroophthalmologe John O. Susac (1940–2012) ist Namensgeber der Erkrankung. Eine systematische Übersichtsarbeit aus dem Jahre 2013 fasst die Daten aller bis dahin beschriebenen Fälle dieser seltenen Erkrankung zusammen 111 und Kriterien, anhand derer diese durch facettenreiche Phänotypen gekennzeichnete Erkrankung diagnostiziert werden kann, wurden definiert 112 . Der überwiegende Anteil (nahezu 80%) der Patienten sind Frauen. Da Autoimmunerkrankungen bei Frauen häufiger vorkommen, unterstützt dies die mögliche autoimmune Ursache der Susac-Erkrankung 111 . Auch wenn die Charakteristika der Erkrankung klar definiert sind, so ist die Diagnose oft schwierig und bedeutet einen langwierigen Weg für die Patienten. Schwere neuropsychologische Defizite, Gesichtsfeldausfälle und Hörverlust, aber auch unspezifische Symptome wie Cephalgie können auftreten.

Die Mehrzahl der Patienten entwickelt zuerst neurologische Symptome, sodass sie oft als multiple Sklerose fehldiagnostiziert wird. Innerhalb von 2 Jahren haben ca. 85% der Patienten die charakteristische Trias entwickelt 111 . Auch wurden nicht-klassische Symptome bei Patienten mit Susac-Syndrom beschrieben. Eine kürzlich erschienene Arbeit, die den Hörverlust des bekannten spanischen Malers Francisco Goya (1746–1828) vor dem Gesichtspunkt des heutigen Wissenstandes retrospektiv untersucht, geht von einer uncharakteristischen Manifestation des Susac-Syndroms aus, auch wenn der Maler glücklicherweise keine signifikante Störungen des Gesichtsfelds aufwies 113 . Eine otologische Manifestation der Syphilis, andere Vaskulitiden wie z. B. Churg–Strauss oder Autoimmunerkrankungen wie das Cogan-Syndrom können Symptome verursachen, die denen des Susac-Syndroms ähneln. Ein Charakteristikum der Erkrankung ist der Tiefton-betonte Hörverlust, zunächst einseitig und reversibel, später auch beidseits und bleibend 111 114 . In seltenen Fällen manifestiert sich der Tiefton-Hörverlust als erstes Symptom, Jahre bevor die Krankheit erkannt wird 115 . Fluoreszenz-Angiographie und Tonaudiometrie sollten so früh wie möglich eingesetzt werden, um bei Verdacht die Diagnose zu sichern 111 . Multiple disseminierte Läsionen, insbesondere schnellballähnliche Veränderungen im Bereich des Corpus callosum und eine leptomeningeale Anreicherung sind charakteristische Veränderungen des Gehirns im MRT 116 . Eine frühe und aggressive Behandlung insbesondere bei neurologischer Manifestation bedingt eine gute Prognose.

Ein interdisziplinäres Vorgehen und eine enge Kommunikation zwischen Neurologen, Ophthalmologen, Neuroradiologen und HNO-Ärzten ist hierbei von wesentlicher Bedeutung und könnte zu einer Beschleunigung der Diagnosesicherung führen. Der tieftonbetonte Hörverlust, so wie er auch als erstes Zeichen einer Susac-Erkrankung auftreten kann, kann auch als ein Zeichen eines M. Menière, eines Tieftonhörsturzes oder eines intracochleären Schwammons sein 117 . Mit einer Prävalenz von ca. 0,2 % gilt auch M. Menière als eine seltene Erkrankung des Innenohrs und wird oft bei Patienten, die sich mit Tiefton-Hörminderung und Schwindel-Symptomatik präsentieren, vermutet. Eine Schwindelsymptomatik allein oder in Kombination mit einer Tieftonschwerhörigkeit kann indes auch bei Patienten mit Susac auftreten. Es ist daher durchaus denkbar, dass Patienten mit Susac zunächst unerkannt bleiben und als Menière-Fälle mit Steroiden behandelt werden. Auch Patienten, die initial mit einem Tieftonhörsturz diagnostiziert werden, könnten u.U. an einem Susac-Syndrom leiden. Aus diesem Gesichtspunkt betrachtet erscheint eine augenärztliche und neurologische Mitbeurteilung aller Patienten, bei denen ein Hörsturz oder ein M. Menière vermutet wird, als sinnvoll.

Die Pathophysiologie beim Susac-Syndrom ist durch eine Okklusion der Lumina der kleinen Gefäße bedingt 114 . Der Verschluss der Lumina wird durch Auto-Antikörper gegen vaskuläre Endothelzellen oder durch ein T-Zellen-vermitteltes Anschwellen der vaskulären Endothezellen erklärt. Auch wurde beim Susac-Syndrom eine Störung der mikrovaskulären Blut-Hirn-Schranke durch entzündliche Veränderungen in der Gefäßwand im MRT nachgewiesen 118 .

5. Schwerhörigkeit und Mikrozirkulation

Die Funktion des Innenohrs basiert auf einer einwandfreien Mikrozirkulation der Gefäße der Arteria labyrithii, die über den inneren Gehörgang in das Organ eintritt. Das Vorliegen einer gestörten Mikrozirkulation im Innenohr wird bei einer Reihe von Erkrankungen vermutet. Die Versorgung des Innenohrs basiert auf einer Endarterie, d. h., es gibt keine Anastomosen mit anderen Gefäßen, die im Falle eines Gefäßverschlusses die Versorgung des Organs übernehmen könnten. Die Arteria labyrinthii entspringt der Arteria cerebellaris anterior inferior und teilt sich im Innenohr in 3 Hauptstämme auf, die A. vestibularis anterior, die A. vestibulo-cochlearis und die A. cochlearis 119 . Eine Störung der mikrovaskulären Blut-Labyrinth-Schranke wird, basierend auf einer vermehrten Gadolinium-Aufnahme der betroffenen Innenohren in MRT-Studien, auch beim M. Menière vermutet 120 . Die Störung der Blut-Labyrinth-Schranke im Rahmen des M. Menière soll indes deutlich ausgeprägter sein als z. B. beim Hörsturz 120 . Tatsächlich zeigten post mortem Analysen an Patienten, die zu Lebzeiten an M. Menière litten, eine erhöhte Expression der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase, eine Schädigung der vaskulären Endothelzellen, eine Degeneration der perivaskulären Basalmembran und der extrazellulären Matrix und einen Verlust der Blut-Labyrinth-Schranke und diese Veränderungen sind vereinbar mit erhöhtem oxidativem Stress 120 . Interessanter sind ähnliche molekulare Prozesse (Freisetzung pro-inflammatorischer Zytokine und endotheliale und mitochondriale Dysregulation sowie oxidativer Stress) als zugrundeliegendes und als gemeinsames Kennzeichen beim Multiplen Organversagen identifiziert worden 121 , sodass diese Prozesse möglicherweise eher als das Resultat einer Reihe von Insulten und Schäden zu sehen sind und nicht als ursächlich betrachtet werden können. Auf molekularer Ebene zeigen sich bei M. Menière-Patienten eine Hochregulierung von Cochlin sowie eine Herunterregulierung von Kollagen IV und Laminin-beta 122 . Post-mortem-Analysen an Patienten, die am Susac-Syndrom litten, zufolge sind diese indes nicht in der aktuellen Literatur zu finden. Die klassischen Schwindel-Attacken, die von M. Menière-Patienten berichtet werden, fehlen beim Susac-Syndrom. Dennoch ist aus HNO-ärztlicher Sicht neben dem Cogan-Syndrom die akute oder fluktuierende oder (schubweise) progrediente, auf einen endolymphatischen cochleären Hydrops basierende apicocochleäre Schalempfindungsschwerhörigkeit eine der wichtigsten Differenzialdiagnosen des Susac-Syndroms.

Molekulare Marker im Blut und in anderen Körperflüssigkeiten für bestimmte Innenohr-Erkrankungen zu entdecken, wie z. B. das Cochlin bei M. Menière, könnte einer der Wege sein, die in die moderne Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde führen. Erste Ansätze zur Perilymph-Analyse bei Patienten im Rahmen von chirurgischen Innneonohreigriffen hat die Identifizierung einer Vielzahl von Proteinen ermöglicht, die nicht im Liquor oder im Plasma detektiert wurden 123 . Auch inflammatorische Markerproteine wurden in der humanen Perilymphe nachgeweisen 71 , so dass die Erstellung eines Inflammasom-Profils der Perilymphe Aufschlüsse über den Pathomechanismus bestimmter Erkrankungen in Zukunft bedeuten könnte. Vor allem für die Charakterisierung seltener Erkrankungen des Innenohres könnte dies eine wertvolle Methode darstellen. Auch wenn die Perilymph-Entnahme während der Cochlea Implantation keinen Einfluss auf das Restgehörvermögen der Patienten hat 123 , also möglichweiser eine zusätzliche Schädigung des Innenohrs anhand dieser Daten als unwahrscheinlich erscheint, steht die Entwicklung einer Perilymph-Entnahme als minimal-invasiver Eingriff unter lokaler Betäubung beim noch signifikanten Restgehör noch aus. Auch die Charakterisierung der Perilymphe einer „normalen“ Cochlea gestaltet sich als schwierig, da bislang nur Untersuchungen an Patienten vorliegen, die an anderen Erkrankungen des Nervensystems, z. B. Meningeom, litten 124 .

Eine weitere Entwicklung im Zeitalter der „Big Data“, der künstlichen Intelligenz und des „Machine Learning“ ist die Bereitstellung von Datenbanken, die in spezifischen Konsortien idealerweise die kompletten Daten von Patienten weltweit verfügbar machen, die an einer bestimmten (seltenen) Erkrankung leiden. Auch als Anlaufstelle für Patienten zur Vermittlung an Kompetenz-Zentren und Pateinten-Selbsthilfe-Gruppen, sind Krankheits-spezifische Konsortien insbesondere für seltene Erkrankungen besonders wertvoll. Für das Susac-Syndrom werden solche Aktivitäten über das europäische Susac Konsortium (EuSaC), (EuSaC, http://www. eusac.net) koordiniert.

6. Seltene Erkrankungen der Cochlea: Weiterführende Betrachtungen und Zusammenfassung

Das Innenohr ist ein anatomisch und histologisch hochkomplexes Organ bestehend aus verschiedenen Gewebearten. Entwicklungsstörung und im Verlauf des Lebens eintretende pathophysiologische Prozesse können alle Gewebearten des Innenohrs betreffen und zum Hörverlust führen. Obgleich Hörverlust statistisch gesehen die häufigste degenerative sensorineurale Erkrankung darstellt mit 16% betroffenen Europäern, ist Hörverlust v. a. auch ein wichtiger Bestandteil vieler seltener Erkrankungen. Insbesondere bei pädiatrischen Patienten können die seltenen Erkrankungen übersehen werden. Auch wenn in der heutigen Zeit der Zugriff zu bioinformatischen Datenbanken und Analyseprogrammen die Diagnostik vieler dieser seltenen Krankheitsbildern erleichtert, ist wegen der stark variierenden Phänotypen eine interdisziplinäre Untersuchung (z. B. Neurologie, Kardiologie, Nephrologie, Rheumatologie, Ophthalmologie sowie Otorhinolaryngologie) obligat.

Aufgrund des spärlichen Vorkommens werden seltene Erkrankungen insbesondere bei der Lehre und Ausbildung junger Ärzte vernachlässigt, da die Wahrscheinlichkeit, solchen Fällen in der täglichen Routine zu begegnen, eher gering ist. Erfolgt indes eine Gruppierung von Störungen (z. B. Augen-Innenohr, muskuloskeletales System-Innenohr, Herz-Niere-Innenohr, Innenohr-Schilddrüse, Innenohr-Gonaden), so wird klar wie, unabhängig vom Mechanismus, diese klinisch tatsächlich gehäuft auftreten können. Es zeigt aber auch, wie wertvoll neben der Embryonalentwicklung auch die klinische Auseinandersetzung mit den selten Erkrankungen eines Organsystems ist, um das Organ in seinem Aufbau, seine Funktionen und seinen Erkrankungen besser begreifen zu können.

Das Humangenomprojekt und die nun verfügbaren „high-throughput“ Sequenzierungsmethoden sowie Analysen des Proteoms, Transkriptoms, Epigenoms, Metaboloms sowie des Mikrobioms bieten uns bereits jetzt die Chance, Krankheitsprofile zu schärfen. Verschiedene Störungen, die ähnliche Symptome (Phänotyp) aufweisen, können sich sehr wohl auf der molekularen Ebene voneinander unterscheiden und müssen daher auch anders behandelt werden müssen (z. B. mitochondriale Erkrankungen versus lysosomale Speicherkrankheiten). Wir erkennen, dass Gene, die mehrere Signale kontrollieren und Chromosomenanomalien, die gleichzeitig zum Verlust mehrerer Gene führen, Breitbandeffekte und schwerwiegende Manifestationen auslösen. So zeigt z. B. das ursprüngliche Klassifikationssystem des Charcot-Marie-Tooth-Syndroms, wie das klinische Denken über seltene Erkrankungen sich in den letzten Jahren verändert hat. Zunächst basierend auf den Phänotypen, wurde das Klassifikationssystem auf der Grundlage der Progression und physiologischer Messungen erweitert, bis schließlich die aktuelle Klassifikation auf der Grundlage des Genotyps (aktuell über 80 Gene) entwickelt wurde. Obwohl gezeigt wurde, dass Krankheitsgene im Allgemeinen dazu neigen, in einer begrenzten Anzahl von Geweben exprimiert zu werden, ist nach wie vor unklar, wie die gewebespezifischen Expressionsmuster von Krankheitsgenen mit ihren pathologischen Manifestationen korrelieren. Proteom-Analysen zeigen, dass die meisten Genprodukte ihre Funktion häufig im Verband als Komplexe mehrerer unterschiedlicher Proteine ausüben 125 . Das könnte erklären, warum Mutationen verschiedener Proteine zu einem ähnlichen Phänotypen führen könnten. Neue Ansätze zeigen, dass beim Charcot-Marie-Tooth-Syndrom Typ 4F eine gewebsspezifische Überexpression von Genen im Rückenmark, im Dorsalganglion und in den Skeletmuskeln, die für bestimmte Proteinkomplexe kodieren, mit der pathologischen Manifestation korreliert 125 . Die zellulären Komponenten, die betroffen sind, sind die Telomerregionen der Chromosomen und die biologischen Prozessen, die gestört sind, gehören zur Mechanosensorik 125 . Solche Klassifikationssysteme bedeuten auch, dass mehrere, bis jetzt unerkannte biologische Prozesse zum Hörverlust führen können: Basalmembran/Kollagendefekte, Überexpression von Wachstumsfaktoren (z. B. TGF Beta/Interleukine) sowie Störungen der Melanozyten, der Autophagie und der Methylierung. Wie wir diese Erkenntnisse nutzen können, um neue Behandlungsmöglichkeiten insbesondere für diejenigen Patienten zu entwickeln, die an seltenen Erkrankungen leiden, könnte Inhalt künftiger Studien sein.

Das Beispiel des Susac-Syndroms zeigt, dass nicht nur andere Innenohrerkrankungen als Differenzialdiagnose zu erwägen sind, sondern auch ophthalmologische und neurologische Erkrankungen. Wichtig ist es, bei einer Schallempfindungsschwerhörigkeit unbekannter Ursache auch an eine (ggf. initiale) audiologische Manifestation einer seltenen Erkrankung zu denken. Eine interdisziplinäre diagnostische Abklärung kann helfen, bisher nicht bemerkte Symptome der Patienten zu erkennen und eine korrekte Diagnose eher zu stellen. Inwiefern Hörverlust in solchen Fällen bereits diagnostiziert werden kann, bevor er sich manifestiert hat, wäre eine prognostisch relevante Frage. Patienten mit einem subjektiv ungestörten Gehör in Ruhe können z. B. Schwierigkeiten beim Verstehen von Sprache im Störgeräusch haben (auch als Synaptopathie oder “Hidden Hearing Loss” bekannt, was v. a. auch als Frühzeichen einer progressiven Neurodegenerationserkrankung vorliegen kann). Oft bleibt diese Störung unerkannt, weil sie dem Patienten selten bewusst ist und mit den in der Routine genutzten diagnostischen Verfahren nicht nachweisbar ist. Gezieltes Testen des Sprachverstehens im Störgeräusch kann hier hinweisend sein. Dies würde bei Erkrankungen wie das Susac-Syndrom die frühzeitige Einleitung der Therapie erlauben. Die Identifikation von Patienten, die an „Hidden Hearing Loss“ leiden 126 , ist letztlich auch deswegen relevant, weil zur Zeit 3 klinische Studien neue Therapien zur Behandlung mit vielversprechenden Ergebnissen testen.

Eine Vielzahl molekular und zellphysiologischer Prozesse liegen der Hörminderung insbesondere bei den seltenen Erkrankungen zugrunde. Die Zukunft der (auch der rein symptomatischen) Behandlung von Innenohr-Erkrankungen, die ja oft seltene Erkrankungen darstellen, kann insbesondere vom frühzeitigen Erkennen molekularer Störungen profitieren.


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