Mechanismen des Down-Syndroms entschlüsselt

Fabian Peters

Zusätzliches Chromosom bringt bei Trisomie 21 das gesamte Erbgut durcheinander

17.04.2014

Das Down-Syndrom (Trisomie 21) ist die häufigste genetische bedingte geistige Behinderung. Lediglich ein Chromosom ist im Genom der Betroffenen zu viel. Wie diese minimale Abweichung zu einer Störung des gesamten Gleichgewichts im Genom führt, haben Wissenschaftler des Instituts für Genetische Medizin und Entwicklung an der Medizinischen Fakultät der Universität Genf nun in einer bisher einmaligen Studie analysiert und ihre Ergebnisse in dem Fachmagazin „Nature“ veröffentlicht.

Häufigste Ursache für angeborene geistige Behinderung
Erst vor wenigen Tagen erreichte eine Online-Petition für Behinderten mit viel Unterstützung 12.000 Befürworter. Diese soll dem elfjährigen Henri den Zugang zum Gymnasium ermöglichen. Der Junge ist mit dem Down-Syndrom zur Welt gekommen. Etwa eines von 750 Kindern wird mit dem Down-Syndrom geboren. Es ist damit die häufigste Ursache einer angeborenen geistigen Behinderung. Es wird dadurch hervorgerufen, dass das Chromosom 21 in den Zellen in dreifacher statt wie üblich in zweifacher Ausführung vorliegt.

Für ihre Studie bot sich den Wissenschaftlern um Stylianos Antonarakis von der Universität Genf die „sehr seltene Chance“, das Phänomen der Trisomie 21 an zwei eineiigen Zwillingen zu untersuchen. Die Zwillinge hatten genau das gleiche Erbgut, mit Ausnahme von der Trisomie 21, so die Mitteilung der Universität Genf. „Um das Niveau der Genexpression zwischen den Zwillingen zu vergleichen, verwendeten die Forscher die neueste Technologie der Hochdurchsatz-Sequenzierung und Bioinformatik“, berichtet die Universität weiter. Auf diese Weise seien die Wissenschaftler in der Lage gewesen, „interindividuelle Schwankungen zu beseitigen und Veränderungen in der Genexpression zu identifizieren, die ausschließlich auf die Trisomie 21 zurückzuführen sind.“

Die Forscher stellten fest, dass das überzählige Chromosom 21 die Genexpression in den Zellen auf vielfacher Ebene durcheinander bringt. „Mit anderen Worten, das Chromosom stört die Prozesse, durch die Informationen in den Genen gespeichert und decodiert werden“, berichtet die Universität Genf. Bislang sei der Nachweis dieser Theorie äußerst schwierig gewesen, da die Expression der meisten Gene natürlicherweise von Person zu Person variiert und daher die für Trisomie 21 spezifischen Änderungen nur schwer identifiziert werden konnten. Im Rahmen ihrer Studie sei es den Forschern nun gelungen, die Mechanismen, über die das zusätzliche Chromosom zu den Symptomen eines Down-Syndroms wie angeborenen Herzerkrankungen oder chronisch myeloischer Leukämie führt, zu entschlüsseln.

Genexpression durch zusätzliches Chromosom nachhaltig gestört
Den Ergebnissen der Forscher zufolge wurde durch das zusätzliche Chromosom die Expression der Gene vollständig dereguliert, auch auf Abschnitten des Genoms, die vermeintlich nicht im Zusammenhang mit dem betroffenen Chromosomenpaar standen. „ Wir waren sehr überrascht von diesem Ergebnis“, erklärte Audrey Letourneau, Co-Erstautorin der Studie. Dieses „kleine überzählige Chromosom hat einen großen Einfluss auf das gesamte Genom der betroffenen Menschen“, so Letourneau weiter. Einige Gene wurden bei dem betroffenen Zwilling deutlich stärker aktiviert, als bei dem Gesunden, andere sehr viel schwächer. Die Veränderung von knapp einem Prozent des genetischen Materials habe „die Funktion des Genoms als Ganzes und die Gesamtbilanz der Genexpression“ gestört, erläuterte Professor Antonarakis. Hier liege der Vergleich mit dem Klima nahe. „Wenn die Temperatur um ein oder zwei Grad steigt, würde es in den Tropen weniger und in den gemäßigten Zonen mehr regnen. Die Klimabilanz des gesamten Planeten würde also durch einen sehr kleinen Teil gestört“, erläuterte der Studienleiter. Ähnlich sei der Effekt des zusätzlichen Chromosom auf die Genexpression. (fp)

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