Pressemitteilung/News

Humangenetik
14.06.2017

Diagnose auf Umwegen

Forscher haben einen neuen Ansatz vorgestellt, um für seltene Erbkrankheiten verantwortliche Gene zu finden. Ein Team des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) untersuchte dafür nicht nur die DNA selbst, sondern auch die RNA. Dadurch steigen die Trefferchancen bei der Suche deutlich, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ‚Nature Communications‘ zeigen konnte.

Gensequenz

Forscher haben einen neuen Ansatz vorgestellt, um für seltene Erbkrankheiten verantwortliche Gene zu finden. Quelle: Fotolia/Catalin

In ihrer Gesamtheit sind sogenannte seltene Erkrankungen alles andere als selten. Etwa acht Prozent der Weltbevölkerung sind von ihnen betroffen. Der Großteil dieser Erkrankungen hat genetische Ursachen. Um Therapien entwickeln zu können, ist es wichtig, herauszufinden, welche Gene die Krankheiten auslösen. Seit einigen Jahren sind Forscherinnen und Forscher in der Lage, das gesamte Genom zu sequenzieren. Darin steckt auch die Information zu den krankmachenden Veränderungen. Die Schwierigkeit besteht darin, sie zu finden.

Datenmenge erschwert Suche nach Erbkrankheiten

„Stellen Sie sich eine Liste mit drei Millionen Basenpaaren vor, das ist schon für sich genommen eine große Menge an Daten“, sagt Dr. Holger Prokisch, Gruppenleiter am Institut für Humangenetik des Helmholtz Zentrums München und der TUM. Findet man in dieser Aufstellung veränderte Gene, heißt das noch lange nicht, dass sie die Ursache der Erkrankung sind: Jeder Mensch trägt Genvarianten in sich, in den meisten Fällen sind sie harmlos. Um überhaupt Aussagen dazu treffen zu können, welche Teile des Genoms verändert sind, muss man mehrere Datensätze vergleichen. Ohne Computerprogramme wäre die Suche völlig aussichtslos, aber auch mit ihnen geht es nicht ohne Tricks. Um die Datenmenge einzuschränken, wird die Suche beispielsweise oft auf die „codierenden“ Teile des Genoms beschränkt. Dadurch fallen Bereiche aus der Analyse heraus, die keinen konkreten Bauplan für ein Molekül enthalten. Dennoch liegt die Erfolgsquote mit diesem Ansatz bei gerade einmal 50 Prozent.

Neuer Ansatz über RNA-Sequenzierung

„Unsere Ansatz war es, nicht nur die DNA aus Zellen zu sequenzieren, sondern auch die RNA“, sagt Laura Kremer, Erstautorin der Studie.* „Ein besonderer Vorteil dieser Methode ist, dass eine Sequenzierung der RNA Fehler zeigt, die bei der Umsetzung des Codes aus der DNA entstehen. Auch wenn in der Bauanleitung für ein Molekül selbst keine Abweichung enthalten ist, können Variationen in den nicht-codierenden Teilen des Genoms beeinflussen, wie dieser Plan umgesetzt wird“, ergänzt Daniel Bader, ebenfalls Erstautor. Wenn man nur die codierenden Teile des Genoms untersucht, werden diese Variationen nicht erfasst. Eine Sequenzierung des gesamten Genoms würde dagegen zwar alle Abweichungen zeigen, aber keine Schlüsse auf ihre Auswirkungen zulassen.

Das Team untersuchte Kulturen aus Hautzellen von 48 Patientinnen und Patienten mit (mitochondrialen) Erberkrankungen im Stoffwechsel. Mithilfe neuer Algorithmen konnte in zehn Prozent der Proben das auslösende Gen ermittelt werden, bei den restlichen 90 Prozent konnte die Zahl der möglichen Kandidaten auf wenige Gene reduziert werden.

Prokisch zufolge lässt sich das Verfahren anpassen, um auch andere Erberkrankungen zu analysieren. „Darüber hinaus nutzen wir Hautzellen für unsere Zellkulturen, die lassen sich relativ schmerzfrei entnehmen, was gerade bei kranken Kleinkindern wichtig ist.“

Julien Gagneur, Professor für Computergestützte Biologie an der TUM, ist überzeugt, dass RNA-Sequenzierungen in Zukunft neben der Genomanalyse zur Routinemethode für Ärztinnen und Ärzte werden: „Um die Ursachen für genetisch bedingte seltene Krankheiten zu finden, ist es unbedingt notwendig, auch den nicht-codierenden Teil des Genoms zu untersuchen. Genau das kann unsere Methode leisten.“

Weitere Informationen

*
RNA, kurz für Ribonukleinsäure, nennt man eine Gruppe von Molekülen in der Zelle, die unter anderem die Bauanleitungen in der DNA umsetzen. Aus dem Aufbau der RNA-Moleküle und ihrer Anzahl konnte das Team Rückschlüsse auf bestimmte Probleme in der DNA ziehen.

Parallel zu Prokisch, Gagneur und ihrem Team hatte ein Team des Broad Institute in den USA an einem ähnlichen Ansatz gearbeitet. Ausgangsmaterial der Zellkulturen war jedoch Muskelgewebe, das nur mit einem größeren Eingriff entnommen werden kann.

Original-Publikation:
Kremer, LS. Et al. (2017): Genetic diagnosis of Mendelian disorders via RNA sequencing. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms15824

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. 

Am Institut für Humangenetik (IHG) stehen die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Genen, die Krankheiten verursachen, im Mittelpunkt der Forschung. Dabei werden Genmutationen, Genvarianten und die Gen-assoziierten Signalwege untersucht. Inhaltliche Schwerpunkte bilden Endokrinopathien, Herzrhythmusstörungen, neurologische Störungen sowie Mitochondropathien. Durch die Kenntnis krankheitsverursachender Genvarianten lassen sich Konzepte für neue Therapieansätze entwickeln.

Die Technische Universität München (TUM) ist mit mehr als 500 Professorinnen und Professoren, rund 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und 40.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, verknüpft mit Wirtschafts- und Sozialwissenschaften. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Verbindungsbüros in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking, San Francisco und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel, Carl von Linde und Rudolf Mößbauer geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands.