Muskelatrophie: Pfusch auf der Sequenz-Baustelle

9. November 2016
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Blind zu wissen, wo genau sich der Finger vor der Nase befindet, ist dank Propriozeption möglich. Allerdings kann das dafür verantwortliche Empfinden von Druck und Dehnung in Muskeln oder Haut durch Mutationen des PIEZO2-Gens verloren gehen. Eine neue Form der Muskelatrophie?

Der Abbau von Muskelmasse und die damit einhergehende Muskelschwäche, Muskelatrophie, tritt bei einer Immobilisierung zum Beispiel nach Knochenbrüchen auf, kann aber auch einen genetischen Ursprung haben. Meist sind dann Mutationen verantwortlich.

Es gibt sehr viele Patienten mit erblicher Muskelatrophie, bei denen das krankheitsverursachende Gen jedoch unbekannt ist. Die Forschergruppe um Prof. Dr. Brunhilde Wirth am Institut für Humangenetik der Uniklinik Köln und vom Zentrum für molekulare Medizin Köln (ZMMK) haben nun Mutationen im PIEZO2 Gen identifiziert, welche eine neue Art von Muskelatrophie verursachen.

Funktionierendes PIEZO2 Gen für Positionierung

Obwohl es keine visuelle Information über die Position von Armen und Fingern gibt, können wir, dank Propriozeption, blind noch immer recht gut einschätzen, wo sich unsere Arme und Finger befinden. Die Körperteile in räumliche Nähe zu bringen ist leicht, doch im Hintergrund laufen komplizierte Prozesse ab, die diese Koordination ermöglichen.

Das Gefühl der Körperpositionierung im Raum, also die Wahrnehmung, ob ein Muskel kontrahiert ist oder nicht – auch ohne dies zu sehen – gibt uns Aufschluss darüber, wo sich einzelne Körperteile befinden. Genau für diesen Prozess benötigen wir ein voll funktionsfähiges PIEZO2 Gen. Es ist ein Bauplan für den Mechanorezeptor, der Druck und Dehnung in Muskeln und in der Haut wahrnehmen kann.

Markus Storbeck, Postdoktorand in Wirth’s Forschungsgruppe, hat Sequenzdaten von mehr als 20.000 Genen von Patienten mit Muskelatrophie analysiert und homozygote Leserasterverschiebungen im PIEZO2 Gen entdeckt. Das bedeutet, dass ein kleines Stück DNA-Sequenz entweder fehlt oder eingefügt wurde, sodass der PIEZO2 Bauplan durcheinander gerät und nicht mehr gelesen werden kann. Dementsprechend können Zellen kein PIEZO2 Protein mehr produzieren und die Abwesenheit dieses wichtigen Mechanorezeptors führt letztlich zur Erkrankung.

Verworfene Zell-Baupläne werden entsorgt

Obwohl es sich um eine erbliche Erkrankung handelt, sind die Eltern der Patienten nicht betroffen, aber tragen jeweils eine Kopie des mutierten Gens. Patienten besitzen zwei mutierte Genkopien, wobei die eine vom Vater, die andere von der Mutter vererbt, also autosomal rezessiv vererbt wurde.

Andrea Delle Vedove, Mediziner und Doktorand aus Wirth’s Gruppe, hat aus der Haut der Patienten Zellen kultiviert und Experimente durchgeführt. Durch seine Arbeit konnte er beweisen, dass die Zellen auf Grund der Mutationen im PIEZO2 Gen, die Sequenz nicht mehr richtig lesen können.

Die Zellen sehen die Baupläne als Müll an und vernichten sie dementsprechend. Folglich gibt es kein PIEZO2 Protein in den Zellen der Patienten und die Zellen haben die Fähigkeit verloren, mechanische Einwirkungen wie Druck und Dehnung wahrzunehmen.

Steuerung muskulärer Entwicklungsprozesse

Die durch den Verlust von PIEZO2 bedingte Erkrankung setzt während der Embryonalentwicklung ein und ist zum Zeitpunkt der Geburt bereits ausgeprägt. Ein gesundes Ungeborenes führt im Körper der Mutter bereits Bewegungen aus – eine Voraussetzung für die normale Muskelentwicklung durch „Training“. Die Wissenschaftler um Prof. Wirth glauben, dass Propriozeption, wie sie durch PIEZO2 vermittelt wird, zur Steuerung muskulärer Entwicklungsprozesse benötigt wird.

Muskeln, die Dehnung nicht wahrnehmen können, sind zum Zeitpunkt der Geburt verkürzt. Dies führt zum Beispiel zu einer Skoliose oder zu Gelenksteifigkeit. Einige dieser Deformitäten können operativ korrigiert werden, aber es gibt keine Möglichkeit zur Behandlung der motorischen Defizite.

Wie bei allen genetischen Erkrankungen steht die Identifizierung des ursächlichen Gens an erster Stelle. Um aber Strategien zur Therapie zu entwickeln, bedarf es eines tieferen Verständnisses wie die Abwesenheit von PIEZO2 zur Erkrankung führt. Die Grundlagen dafür wurden jetzt geschaffen.

Originalpublikation:

Biallelic Loss of Proprioception-Related PIEZO2 Causes Muscular Atrophy with Perinatal Respiratory Distress, Arthrogryposis, and Scoliosis
A. Delle Vedove et al.; The American Journal of Human Genetics, doi: 10.1016/j.ajhg.2016.09.019; 2016

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1 Kommentar:

Joachim Bedynek
Joachim Bedynek

“Meist sind dann Mutationen verantwortlich” . . . . Muss es nicht heißen, dass i m m e r Mutationen verantwortlich sind, wenn die Atrophie genetisch bedingt ist ? oder welche genetischen Ursachen außer Mutatonen gäbe es noch ? Es gibt ja nicht nur die Punktmutationen !

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