Das Erbgut des Menschen befindet sich auf 23 Chromosomenpaaren. Bei der Trisomie 21 – auch Down-Syndrom genannt – liegt das Chromosom 21 teilweise oder komplett dreifach vor. Einem US-amerikanischen und kanadischen Wissenschaftsteam ist es nun erstmals gelungen, im Labor das überzählige Chromosom 21 komplett auszuschalten(1) .

Das Stilllegen einzelner Gene (gene silencing) ist mittlerweile eine gut beschriebene und etablierte Technik, die beispielsweise verwendet wird, um Krankheiten, die durch ein einzelnes Gen verursacht werden, im Detail zu untersuchen. Ein ganzes Chromosom mit hunderten von Genen abzuschalten, war bisher allerdings noch nicht gelungen.

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Menschen mit Down-Syndrom weisen unterschiedliche Krankheitsmerkmale auf. In der Regel kommt es zu einer verzögerten geistigen und körperlichen Entwicklung der Betroffenen, die außerdem Herzfehler und Bewegungsstörungen aufweisen können. Die Krankheitsmerkmale sind dabei unterschiedlich stark ausgeprägt, je nachdem, ob das ganze oder Teile – und damit welche Gene – des Chromosoms 21 dreifach vorliegen. Bei einigen sind die Auswirkungen gering, andere ziehen sehr viel drastischere medizinische Konsequenzen nach sich.

Die Forscher haben für ihre aktuellen Arbeiten zunächst aus Hautzellen eines Menschen mit Trisomie 21 pluripotente Stammzellen hergestellt. Anschließend haben sie in eine der drei Kopien des Chromosoms 21 das XIST-Gen eingeführt. XIST steht dabei für „X-inactivation gene“ oder „X-inactive specific transcript“. Normalerweise ist XIST dafür verantwortlich, dass sich in frühen Entwicklungsstadien eines der beiden X-Chromosome in den Zellen der weiblichen Säugetiere abschaltet, so dass sich ein weiblicher Embryo normal entwickeln kann. XIST macht dies, indem die Zelle ein RNA-Molekül produziert, das eins der beiden X-Chromosome umhüllt, so dass die Gene auf diesem Chromosom nicht mehr abgelesen werden können.

Die Forscher haben zusätzlich einen genetischen Schalter eingefügt, mit dem sie das XIST-Gen ganz gezielt anschalten können. Sie können somit Zelllinien mit einem aktiven und Zelllinien mit einem inaktivierten dritten Chromosom 21 vergleichen. Erste Erkenntnisse haben gezeigt, dass sich Zellen mit drei aktiven X-Chromosomen weniger schnell teilen und außerdem schlechter zu Nervenzellen heran reifen. Viele weitere Experimente sind nun erforderlich, um diese Analysen zu vervollständigen und die Auswirkungen des überzähligen Chromosoms 21 komplett zu verstehen.

Eine Chromosomentherapie für Menschen mit Trisomie 21 ist – wenn es sie überhaupt je geben kann – zwar noch in weiter Ferne. Allerdings wird diese neue Methode helfen, weitere molekulare Detailkenntnisse über Trisomie 21 zu erlangen, die möglicherweise die Grundlage für therapeutische Interventionen liefern. Die Bedeutung modernster molekularbiologischer Methoden inklusive der Stammzelltechniken hat diese aktuellen Arbeiten überhaupt erst möglich gemacht und wird auch künftig zum Einsatz kommen, um ihr weiteres Potenzial zu überprüfen.


Literaturtipp:

(1) Jiang et al., Translating dosage compensation to trisomy 21, Nature, 2013, doi:10.1038/nature12394