Ein neues, zuverlässiges Diagnose-Verfahren ermöglicht die Messung des für Chorea Huntington verantwortlichen, überlangen DNA-Abschnitts in nur fünf Minuten.

Überlange DNA-Sequenzen verursachen die Huntington-Krankheit – Chorea Huntington – sowie einige weitere Hirnerkrankungen werden durch verursacht. Ein neuartiges Verfahren ermöglicht zukünftig eine schnelle und einfache Bestimmung der Länge der mutierten Gene und damit eine raschere Diagnose von Chorea Huntington.

Im Grunde genommen leiden betroffene erkrankte Menschen unter unkontrollierten Körperbewegungen sowie einem Rückgang der mentalen Fähigkeiten. In der Regel führt die Krankheit etwa 15 bis 20 Jahre nach der Diagnose zum Tod der Patienten mit Chorea Huntington. Wie eingangs erwähnt wird sie dadurch verursacht, dass ein Abschnitt des Huntington-Gens länger ist als bei gesunden Patienten. Schließlich verursacht das mutierte Gen ein Absterben der Hirnzellen.

DNA-Abschnitt in nur fünf Minuten messen

Bis jetzt bestimmen Experten die Länge des mutierten Genabschnitts noch mühsam in einer mehr als fünfstündigen Laboranalyse. Das Team um Vincent Dion, SNF-Förderprofessor an der Universität Lausanne, hat nun mit Mitarbeitenden aus Toulouse zur Messung des für die Krankheit verantwortlichen, überlangen DNA-Abschnitts entwickelt. Schließlich ist das Messergebnis bereits nach fünf Minuten verfügbar. Dementsprechend kann die gesamte Diagnose zukünftig mehr als dreimal schneller erfolgen als bisher.

Schnellere Diagnose der Krankheit Chorea Huntington

Zur Messung des für Chorea Huntington verantwortlichen, überlangen DNA-Abschnitts extrahiert man zuerst die zu analysierende DNA aus Blutzellen. Das Forschungsteam erweitert die betroffene Gen-Sequenz und bestimmt ihre Länge mithilfe eines neu entwickelten Chips. Dieser hat zwei kleine, trichterförmige Kammern, die nur einen Bruchteil eines Millimeters breit sind.

Anschließend lassen sich unter Spannung und hohem Druck die elektrisch geladenen DNA-Moleküle ihrer Länge nach trennen. Dabei werden die kürzeren Sequenzen tiefer in den Trichter gedrückt als die längeren. Schließlich kann man durch eine fluoreszierende Markierung die Länge unter dem Mikroskop leicht ablesen.

Die ungleichen Längen sind das Ergebnis einer unterschiedlichen Anzahl von Wiederholungen der Buchstaben (Nukleotide) des genetischen Codes (CAG) – ein typisches Merkmal von Trinukleotiderkrankungen wie Chorea Huntington. Die Mutation bewirkt eine destruktive Veränderung des kodierten Proteins. Ihre Ursache ist noch nicht vollständig erforscht, aber das neu gebildete Protein ist für Hirnzellen toxisch. Während die DNA bei gesunden Menschen höchstens 35 Wiederholungen aufweist, sind es bei Huntington-Patienten 40 oder mehr. Die Kenntnis der exakten Länge der betroffenen Sequenzen ist wichtig für die Prognose und die Therapie dieser unheilbaren Krankheit. „Unser Verfahren ist feiner und schneller als die aktuell angewendeten Methoden“, sagt Dion.

Schlechte Stellen einfach herausschneiden

Die Huntington-Krankheit ist nur eine von mehr als zwanzig bekannten Trinukleotiderkrankungen. Beispielsweise gehören auch die Spinozerebelläre Ataxie, das Fragile X-Syndrom, die Myotone Dystrophie und die Friedreich-Ataxie dazu.

Für diese Erbkrankheiten gibt es zurzeit noch keine Behandlung, aber vielleicht etwas Hoffnung. Dion hat kürzlich ein Verfahren entwickelt, bei dem die mutierten Sequenzen mithilfe der CRISPR/Cas-Methode gekürzt werden. „Vom Nachweis der Wirksamkeit in Zellkulturen bis zu einem möglichen Einsatz in der Medizin ist es jedoch noch ein langer Weg“, sagt Dion.

Literatur:

Luthra R, Kaur S, Bhandari K. Applications of CRISPR as a potential therapeutic. Life Sci. 2021 Nov 1;284:119908. doi: 10.1016/j.lfs.2021.119908. Epub 2021 Aug 25. PMID: 34453943.

R. Malbec et al. µLAS: Sizing of expanded trinucleotide repeats with femtomolar sensitivity in less than 5 minutes. Scientific Reports (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-36632-5

C. Cinesi et al. Contracting CAG/CTG repeats using the CRISPR-Cas9 nickase. Nature Communications (2016). DOI: 10.1038/ncomms13272

Quelle: Schweizerischer Nationalfonds – http://www.snf.ch