Gen für Herzrhythmusstörungen und plötzlichen Herztod entdeckt

Ein „überspringender Funke“ legte den Grundstein für bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen. Als sich der Wiener Genetiker Josef Penninger vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) und Peter Pramstaller, Leiter des Instituts für Genetische Medizin an der Europäischen Akademie Bozen (EURAC), vor zwei Jahren in Bozen begegneten, funkte es buchstäblich auf Anhieb.

Gemeinsame Forschungsschwerpunkte und die Bereitschaft, neue Wege im Bereich der Genetik einzuschlagen besiegelten den Entschluss der beiden Wissenschaftler, in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zusammen zu arbeiten. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit sind außerordentlich: Das Forscherteam des IMBA entschlüsselte 490 Gene, die für das Funktionieren des Herzens von Taufliegen (Drosophila) notwendig sind. Das Team des EURAC-Instituts für Genetische Medizin forschte parallel dazu an menschlichen Genomsätzen und erbrachte den Beweis, dass die Erkenntnisse über bestimmte krankheitsrelevante Gene nicht nur für die Fliegen, sondern ebenso für den Menschen wirksam sind. Beide Forscherteams liefern damit gemeinsam entscheidende Informationen für die Entwicklung innovativer therapeutischer Ansätze und neuartiger Herzmedikamente. Die aktuelle Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins CELL vom 2. April 2010 widmet den neuen Erkenntnissen seine Titelgeschichte.

Das gemeinsame Forschungsvorhaben setzte von Anfang an seinen Schwerpunkt auf Gene des Herzens. Josef Penninger und sein Postdoktorand Greg Neely fanden an der institutseigenen Taufliegensammlung am Wiener IMBA in Zusammenarbeit mit Forschern aus den USA, Kanada, Japan und Indien 490 Gene, die für das Funktionieren des Fliegenherzens essentiell sind. Bekannt war bisher nur ein Drittel dieser gefundenen Gene.

Zur gleichen Zeit forschte Andrew Hicks vom EURAC-Institut für Genetische Medizin in Bozen zusammen mit Arne Pfeufer vom Institut für Humangenetik der Technischen Universität München an menschlichen Genomvarianten, die mit der Herzfunktion in Verbindung stehen. Untersuchungsmaterial waren dabei Elektrokardiogramme (EKG) von mehr als 15.000 Personen aus der MICROS Studie (Südtirol), der KORA-Studie (Deutschland), der SARDINIA-Studie (Italien), der ARIC-Studie (USA) und der HNR-Studie (Deutschland), welche im internationalen Forschungskonsortium QTSCD (QT-Interval-and-Sudden-Cardiac-Death) zusammengeschlossen sind.

Besonderes Augenmerk legten die Forscher auf das neu entschlüsselte Gen NOT-3 und den NOT-Signalweg. Wurde dieses Gen oder ein verwandtes Gen aus dem NOT-Signalweg bei den Fliegen blockiert, kam es zu schweren Herzrhythmusstörungen, die bei Stress zum Herztod der Insekten führten. Diese Erkenntnisse konnte der Forscher Keji Kuba von der Akita Universität (Japan) ebenso an Mäusen bestätigen.

Die Humangenetiker konnten mit dieser Forschungsarbeit den Beweis erbringen: Änderungen der Gene des NOT-Signalweges führen nicht nur bei Fliegen und Mäusen zu krankhaften Herzfunktionen, sondern auch beim Menschen zu Herzrhythmusstörungen bis hin zum plötzlichen Herztod.

„Man kann diese Zusammenarbeit zwischen Josef Penninger und uns mit einer Doppellinse vergleichen: Jeder hat durch die Brille des jeweils anderen auf sein eigenes Datenmaterial geblickt – mit der Brille der Humangenetik auf genetische Tiermodelle und umgekehrt. Das Ergebnis ist eine Win-Win-Situation für beide, nicht nur was die wissenschaftlichen Erkenntnisse betrifft, sondern auch was die Umsetzung und Anwendung in der Medizin betrifft, die nun viel schneller vorangehen kann“, sagt Peter Pramstaller.

Die Ergebnisse der gemeinsamen Forschung zeigen: Obwohl der Kreislauf bei Fliegen anders funktioniert als beim Menschen, sind die Gene, die die Herzfunktionen steuern, im Lauf der Evolution kaum verändert worden. Dieser Erkenntnisgewinn aus der Zusammenarbeit, in der beide Zweige der Genetik gleichermaßen voneinander profitieren, ist jedoch erst der Anfang. „Ich verspreche mir sehr viel aus der Zusammenarbeit mit dem Bozner EURAC-Institut für Genetische Medizin, allein schon wenn ich sehe, was wir bisher erreicht haben“, sagt Josef Penninger.

Noch weitere Hunderte von entschlüsselten Fliegenherz-Genen warten darauf, von den Humangenetikern untersucht und menschlichen Herzfunktionen zugeordnet zu werden. Die Kombination all dieser Modelle wird am Ende ein umfassendes Bild, sowohl aller krankhaften als auch gesunden Herzfunktionen bieten. Vor allem ist es die Voraussetzung für die Entwicklung neuartiger Medikamente gegen Herzkrankheiten, die bisher oftmals junge und scheinbar gesunde Menschen plötzlich ereilt haben.

„Wir befinden uns in einer spannenden Phase der Forschung“, stellt der Humangenetiker Andrew Hicks fest. „Der gegenseitige Austausch von Informationen aus menschlichen genetischen Variationen und jenen aus Taufliegen-Untersuchungen wird ohne Zweifel auch weiterhin Erfolgsgeschichte schreiben – nicht nur in der kardiovaskulären Forschung, sondern auch in der Gehirnforschung und anderen Bereichen.“