Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vererbung mitochondrialer Krankheiten: neue Erkenntnisse aus der biologischen Grundlagenforschung

08.10.2012
Max-Planck-Forscher decken mit neuem Modellsystem Vererbungsprozesse auf: Ob mitochondriale Krankheiten vererbt werden, entscheidet sich weitgehend schon, wenn die künftige Mutter selbst noch ein Embryo ist.

Wenn die Mitochondrien nicht richtig funktionieren, kann das für die betreffende Person Stoffwechselstörungen bedeuten. Mutationen in der mitochondrialen DNA (mtDNA) können auch Muskelschwäche verursachen, neurodegenerative Erkrankungen, Herzprobleme und Diabetes.

Zudem werden sie mit dem Alterungsprozess in Verbindung gebracht. Aber wann und wie entscheidet sich, in welchem Maße potentiell krank machende Mutationen der mtDNA weitervererbt werden? Bisher gab es noch kein geeignetes Modellsystem, mit dem man diese Frage hätte beantworten können. Der Max-Planck-Wissenschaftler Christoph Freyer hat ein neues Modell entwickelt – und jetzt gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam Antworten gefunden: Innerfamiliäre Unterschiede im Mutationsgrad von mitochondrialen Genen werden weitgehend schon vor der Geburt der Mutter selbst bestimmt.

Der genetische Bauplan von Lebewesen ist vor allem im Zellkern hinterlegt, in Form von DNA. Aber auch die Mitochondrien einer Zelle enthalten eigene Erbinformationen. Hier spricht man von der „mtDNA“. Da die Mitochondrien eine zentrale Rolle für die Energiegewinnung des Körpers spielen, können sich Mutationen in den Genen der mtDNA stark auf die Gesundheit auswirken. Und die entsprechenden Erkrankungen können über die mutierten Gene an die nächste Generation vererbt werden. Dabei wird die mtDNA ausschließlich von der Mutter weitergegeben.

Die Meinungen über das genaue „Wie und Wann?“ der Vererbung gesundheitsgefährdender mitochondrialer Mutationen gingen bislang jedoch auseinander, da die Vererbung von mtDNA nicht der klassischen Mendelschen Vererbung unterliegt, bei der je ein Satz Erbinformation von Vater und Mutter beigesteuert wird. Christoph Freyer, Wissenschaftler am Kölner Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns und am Karolinska Institut in Stockholm, hat daher ein neues Mausmodell entwickelt: Die Hauptrolle spielt hier eine pathogene, also krank machende Mutation in einem mitochondrialen Gen namens „tRNA Methionin“. Mutationen in mitochondrialen tRNA Genen verursachen einen Großteil der bekannten mitochondrialen Krankheiten, obwohl tRNA Gene nur einen Bruchteil der mtDNA ausmachen. Diese Diskrepanz war bisher nicht ausreichend erklärt.

Freyer hat jetzt anhand der tRNA Methionin untersucht, wie sich in der Maus das Mischungsverhältnis zwischen mutierten und nicht mutierten Genen, der „Mutationsgrad“, in drei verschiedenen Phasen des Vererbungsprozesses darstellt: Zunächst hat er die Keimzellen von Mausembryonen analysiert und hier jeweils den Mutationsgrad bestimmt, der von Keimzelle zu Keimzelle variieren kann. Nach der Geburt der Maus hat er erneut die Mutationsgrade in den unreifen Eizellen untersucht. Später nahm er dann die Mutationsgrade in der mtDNA der Nachkommen unter die Lupe.

Diese Erkenntnisse der Grundlagenforschung decken einen Aspekt der mütterlichen Genetik auf, der den Weg für neue Möglichkeiten der genetischen Diagnose ebnen könnte

Freyers zentrale Erkenntnisse zeigen nun, dass die weibliche Keimbahn Mutationen in tRNA Genen nicht aussortiert, im Gegensatz zu Protein-kodierenden Genen, die nach dem aktuellen Wissensstand einer vorgeburtlichen Selektion unterliegen. Ob und in welchem Maße mutierte Gene dann an die nächste Generation weitergegeben werden können, entscheidet sich also großenteils schon, wenn die künftige Mutter selbst noch ein Embryo ist, während der Entwicklung ihrer Keimzellen. Wenn mutierte Gene in den Mitochondrien mit normalen Genen koexistieren, nennt man das „Heteroplasmie“. Das entsprechende Mischungsverhältnis kann von Eizelle zu Eizelle variieren. Der Mutationsgrad wird somit zufällig an die nächste Generation vererbt. So erklären sich auch die Unterschiede innerhalb einer Familie.

Mit diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen haben die Forscher um Christoph Freyer einen Aspekt der mütterlichen Genetik aufgedeckt, der den Weg zu neuen Möglichkeiten der genetischen Diagnose ebnen könnte.

Und: Die Beobachtung, dass auch in diesem Modell die Mitochondrien der Maus versuchen, durch Mutationen bedingte Defekte zu kompensieren, eröffnet weitere Einblicke in den Vererbungsprozess mitochondrialer Krankheiten. „Vielleicht“, so Freyer, „könnte man diese Kompensation medikamentös anregen“. Der junge Wissenschaftler möchte sein Mausmodell künftig auch dazu nutzen, Therapien zu testen, die eine Vererbung von Mutationen der mtDNA verhindern könnten.

Originalarbeit:
Christoph Freyer, Lynsey M. Cree, Arnaud Mourier, James B. Stewart, Camilla Koolmeister, Dusanka Milenkovic, Timothy Wai, Erik Hagström, Emmanouella E. Chatzidaki, Rudolph Wiesner, David C. Samuels, Nils-Göran Larsson, Patrick F. Chinnery.
Variation in germ line mtDNA heteroplasmy is determined prenatally but modified during subsequent transmission.
nature genetics November 2012 – Vol 44 No 11 (vorab online publiziert: 7. Oktober 2012)

Kontakt:
Dr. Christoph Freyer
Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, Köln
Mobil: +46 734 424959
E-Mail: christoph.freyer@age.mpg.de

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit:
Sabine Dzuck
Tel.: +49 (0)221 478 89605
E-Mail: sabine.dzuck@age.mpg.de

Sabine Dzuck | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.age.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen
16.08.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Geographie verrät das Alter von Viren
16.08.2017 | Universität Bern

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: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie