Bunte Enden verraten Fehler in der DNA-Schnur

Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Leiden haben ein Verfahren entwickelt, das Veränderungen der Chromosomenenden schneller als bisher identifiziert. Derartige Mutationen können schwere geistige Behinderungen hervorrufen und sogar zu Fehlgeburten führen. Mediziner sind daher daran interessiert, solche Fehler möglichst schnell und umfassend nachzuweisen. Mit der neuen Methode, die das Autorenteam nun im renommierten European Journal of Human Genetics (Vol. 11(9), 2003, S. 643-651) publiziert hat, konnten die Wissenschaftler in nur zwei Durchgängen Mutationen sämtlicher Chromosomenenden sicher diagnostizieren.

Zwei bis vier von Tausend Menschen leiden unter einer schweren geistigen Behinderung mit einem IQ von unter 50, zum Teil begleitet von körperlichen Behinderungen oder Organfehlbildungen. Ursache sind häufig Störungen der Chromosomen – beispielsweise können Stücke dieser Träger der Erbinformation abbrechen und verlorengehen oder sich an andere Chromosomen heften. „Bei gut einem Viertel aller Betroffenen finden wir bereits mit herkömmlichen Mitteln eine derartige chromosomale Mutation als Auslöser der geistigen Behinderung“, erklärt Dr. Hartmut Engels vom Bonner Institut für Humangenetik, einer der Autoren der Studie.

Besonders an den Enden der Chromosomen sitzen viele wichtige Erbinformationen. Dort können selbst kleine Fehlverteilungen gravierende Konsequenzen haben. Bei Chromosomenuntersuchungen blieben derartige Mini-Fehler bis vor wenigen Jahren meist unentdeckt. Eine neue Methode schaffte Abhilfe: Dabei färben Genetiker die Enden der Chromosomen mit Fluoreszenzfarbstoffen spezifisch an. Unter dem Mikroskop leuchtet dann beispielsweise Chromosom 16 an einem Ende blau, am anderen jedoch rot. Ist nun stattdessen ein anderes Chromosomenende blau gefärbt oder fehlt das blaue Ende ganz, ist das entsprechende Chromosom fehlerhaft. „Bei ungefähr jedem zwanzigsten Betroffenen, für dessen schwere geistige Behinderung bisher keine Ursache zu finden war, lässt sich mit solchen Methoden tatsächlich eine kleine Störung der Chromosomenenden identifizieren“, erklärt Dr. Engels.

Doch der Test ist sehr aufwändig: Insgesamt gibt es 23 Chromosomenpaare mit 46 verschiedenen Enden. „Fünf davon können wir aus verschiedenen Gründen bei der Untersuchung ausklammern“, so Dr. Engels. „Bleiben 41 Enden, die wir testen müssen.“ Das machen die Humangenetiker normalerweise Schritt für Schritt, indem sie die Enden jedes Chromosoms einzeln anfärben und kontrollieren, ob sie auch wirklich an der passenden Stelle sitzen – ein zeit- und materialintensives Verfahren. Theoretisch könnte man jedoch auch mehrere Enden auf einmal anfärben, jedes in einem ganz charakteristischen Farbton. Ein Ende würde dann vielleicht grün leuchten, das andere gelb, das dritte blau und das vierte türkis. So könnten die Forscher auf einen Blick kontrollieren, ob jedes so markierte Chromosom die korrekten Enden hat.

Der DNA-Malkasten der Erbgut-Forscher hat aber leider viel zu wenig geeignete Farben. Einige Arbeitsgruppen haben daher trickreiche Verfahren ersonnen, um mit diesen wenigen Grundfarben viele Chromosomenenden unterschiedlich zu markieren. Die Methoden haben aber verschiedene Mankos; so können einige von ihnen vermutlich sehr kleine Störungen der Chromosomenenden nicht nachweisen. Anderen gelingt es nicht, eine ganze Kategorie von Störungen, die so genannten Inversionen, zu entdecken. Den Bonner und Leidener Forschern ist es nun mit einem neuen Verfahren, der sogenannten Subtelomer-COBRA-FISH, gelungen, aus lediglich vier Fluoreszenzfarben 21 unterschiedliche Farbtöne zusammenzumischen. Damit benötigen sie für die komplette Untersuchung nur noch zwei Schritte. „In ersten Tests konnten wir mit unserem Ansatz verschiedenste Umstrukturierungen der Chromosomenenden sicher diagnostizieren“, erklärt Humangenetiker Engels, „selbst Inversionen, also Umkehrungen der Erbinformation, oder sehr kleine Störungen. Eine fünfte Grundfarbe würde sogar die Analyse aller 41 Enden in einem einzigen Durchgang erlauben.“

Ansprechpartner:

Dr. Hartmut Engels
Institut für Humangenetik der Universität Bonn
Telefon: 0228/287-2371
E-Mail: Hartmut.Engels@ukb.uni-bonn.de