Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Primäre Ciliäre Dyskinesie - wenn Flimmerhärchen nicht mehr flimmern: Zwei neue Gene entdeckt

22.12.2010
Ein Forscherteam des Universitätsklinikums Freiburg hat Mutationen zweier Gene identifiziert, die PCD, eine schwere chronische Erkrankung der Atemwege hervorrufen

Permanent Bronchitis, andauernd Nasennebenhöhlenentzündung, ständig Schnupfen. Und das nicht nur im Winter, sondern ein ganzes Leben lang. Die Primäre Ciliäre Dyskinesie (PCD) ist eine schwere angeborene Krankheit und trifft in Deutschland eines von 20.000 Neugeborenen. „Die Betroffenen leiden von klein auf an chronischen Atemwegsentzündungen“, erklärt Anita Becker-Heck, Biologin an der Klinik für Neuropädiatrie und Muskelerkrankungen am Universitätsklinikum Freiburg.

Seit Jahren schon erforscht Becker-Heck gemeinsam mit anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem Labor von Prof. Dr. med. Heymut Omran am Freiburger Universitätsklinikum die genetischen Ursachen dieser Krankheit. Im Jahr 2002 hatten sie bereits ein Gen identifiziert, das für eine Spielart von PCD verantwortlich ist. Jetzt konnte die Freiburger Arbeitsgruppe zwei weitere verantwortliche Gene bestimmen. Dafür wurden seit dem Jahr 1998 in einer Studie an der Klinik für Neuropädiatrie und Muskelerkrankungen über 1.000 Patientinnen und Patienten untersucht. Die jüngsten Forschungsergebnisse wurden Anfang Dezember 2010 in dem renommierten Fachmagazin „Nature Genetics“ veröffentlicht.

„Bei der PCD ist die Funktion der Flimmerhärchen, der so genannten Zilien, besonders schwer gestört“, erklärt Anita Becker-Heck. „Die Flimmerhärchen in der Lunge sind entscheidend für den Transport von Schleim und Bakterien. Sie reinigen die Atemwege von Krankheitskeimen. Bewegen die Zilien sich nicht mehr richtig oder sind komplett unbeweglich, kann es zu chronischen Entzündungen der oberen und unteren Atemwege kommen.“ Bewegliche Zilien kommen nicht nur in der Lunge vor: Im Embryo sind sie entscheidend für die richtige Anordnung der Organe im Körper. Bei etwa der Hälfte der Betroffenen kommt es daher zu einer seitenverkehrten Anlage der inneren Organe (Situs inversus). Manche PCD-Patientinnen und -Patienten besitzen zusätzlich einen angeborenen Herzfehler.

Einzelne Zilien sind jeweils aus mehreren hunderten Proteinen aufgebaut. Von diesen sind nur einige wenige entscheidend für die Beweglichkeit dieser hochspezialisierten Organellen. Fehlt eines dieser Proteine, so führt dies zur funktionellen Störung der Zilien. Je nachdem, welches Protein fehlt, weisen funktionsgestörte Zilien zum Beispiel defekte Schlagmuster auf oder sind gänzlich unbeweglich.

Zwar konnten bisher bereits unterschiedliche Gendefekte beschrieben werden, die eine PCD hervorrufen. Doch bei vielen Betroffenen liegen die genetischen Ursachen ihrer speziellen PCD-Erkrankung nach wie vor im Dunkeln. Die Freiburger Forscherinnen und Forscher konnten diesen Kreis nun noch weiter eingrenzen.

„Es gibt unterschiedliche Methoden, um das Vorliegen einer PCD nachzuweisen“, erklärt Anita Becker-Heck: „Mittels Hochfrequenz-Videomikroskopie kann man direkt die Beweglichkeit von zilientragenden Zellen aus der Nase nachweisen. Unter dem Elektronenmikroskop können wir die typische Ultrastruktur der Zilien eines Patienten untersuchen und Veränderungen erkennen. Mittels Immunfluoreszenz-Mikroskopie kann schließlich nachgewiesen werden, welche Proteine in den Zilien tatsächlich fehlen.“

Mithilfe der oben genannten Methoden konnten die Freiburger Forscherinnen und Forscher PCD-Kranke in unterschiedliche Gruppen aufteilen, um die Suche nach neuen Gendefekten zu vereinfachen. „Bei unserer Studie mit 750 PCD-Betroffenen war eine Gruppe mit 31 Patientinnen und Patienten gekennzeichnet durch einen sehr steifen Zilienschlag sowie fehlende Radialspeichen“, erklärt Anita Becker-Heck die Forschungsergebnisse. „Zusätzlich fehlen in den Zilien Proteine des inneren Dyneinarms (DNALI1) und des Dynein-regulierenden Komplexes (GAS11), die für eine normale Zilienbewegung entscheidend sind.“

„Wir konnten zwei neue Gene identifizieren, die bei den Patienten mit fehlenden Radialspeichen defekt sind“, sagt Becker-Heck. Die Identifizierung gelang in Kooperation mit Entwicklungsbiologen aus den USA, die mit Zebrafischen und Mäusen arbeiten, einem Forscherteam aus Frankreich, das ebenfalls PCD bei Menschen erforscht und Genetikern aus Belgien, die ebenfalls an PCD erkrankte Bobtails untersucht haben. Wie die Menschen, besitzen auch die Fische und die Hunde den gleichen ultrastrukturellen Defekt.

Die Gene CCDC39 und CCDC40 (coiled coil domain containing protein) liegen zwei Proteinen zugrunde, die in den Zilien vorkommen und entscheidend für deren korrekte Ultrastruktur sind. Mithilfe der DNA-Sequenzierung konnten bei der Freiburger PatientInnengruppe sowie beim Zebrafisch, der Maus und den kranken Hunden Mutationen in diesen Genen identifiziert werden. Über 50 Prozent der untersuchten Patientinnen und Patienten mit fehlenden Radialspeichen tragen Mutationen in CCDC40 und bei etwa 15 Prozent wurden Mutationen in dem Gen CCDC39 nachgewiesen. Alle Patienten mit Defekten in einem der beiden Gene sowie die kranken Hunde leiden unter den typischen chronischen Entzündungen der Atemwege und mehr als die Hälfte der Patienten haben einen situs inversus.

Ein Screening auf Mutationen dieser beiden Gene könnte künftig die Diagnostik von PCD verbessern. Zusätzlich kann das Erforschen der Proteine zum Verständnis der Zilienbeweglichkeit beitragen.

Patrick Kunkel | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.726.html
http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.727.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

17.01.2017 | Physik Astronomie

Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

17.01.2017 | Geowissenschaften

Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab

17.01.2017 | Biowissenschaften Chemie