Illustration mit verschiedenen Elementen: Darstellung einer Ärztin im Gespräch mit einem Kind, DNA-Strang, Neugeborenes

Die Rolle der Gene bei Mukoviszidose

Rund 80 Prozent aller seltenen Erkrankungen haben eine genetische Ursache.[1] Das heißt, sie werden vererbt. Das gilt auch für die Mukoviszidose (Zystische Fibrose, CF), eine autosomal-rezessiv vererbte genetische Erkrankung – aber was bedeutet das eigentlich genau?

Ob Aussehen, Charakter oder Gesundheit: All dies wird von unseren Chromosomen beeinflusst. Diese enthalten sozusagen die „Bauanleitung“ des Menschen. Jedes dieser Chromosomen ist unterteilt in noch viel kleinere Bausteine, in denen alle Informationen gespeichert sind, die uns von unseren Eltern vererbt wurden: zum Beispiel die Augen- und Haarfarbe. Die Bausteine mit diesen Informationen heißen Gene.[2] Jeder Mensch trägt etwa 25.500 unterschiedliche Gene in sich.[3]

Vererbte genetische Erkrankungen

Erbliche genetische Erkrankungen werden durch Fehler in Genen ausgelöst, die von Generation zu Generation weitergegeben werden.[4] Chromosomen sind kompakte Strukturen aus Proteinen und doppelstrangförmiger Desoxyribonukleinsäure (DNA), die die genetische Information enthalten. Wie in Pflanzen und Tieren befinden sich die Chromosomen auch beim Menschen im Zellkern.

Menschen haben 22 Paare nummerierter Chromosomen (Autosomen) und ein Paar Geschlechtschromosomen (Gonosomen: XX oder XY), insgesamt also 46. Jedes Chromosomenpaar enthält je ein Chromosom von jedem Elternteil. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Vererbung genetischer Informationen von einer Generation zur nächsten.

Illustration der DNA und Chromosomen

Die Genetik beeinflusst eine Vielzahl von Merkmalen, einschließlich des Aussehens eines Menschen, des Charakters und der Intelligenz. Einige Merkmale werden durch einzelne Gene bestimmt, andere durch eine komplexe Wechselwirkung mehrerer Gene und Umweltfaktoren. [5]

Folgen von Veränderungen in Genen

Eine autosomal vererbte Erkrankung wie Mukoviszidose ist eine genetische Erkrankung, die durch Veränderungen (Mutationen) in Genen auf den Autosomen, also den nicht-geschlechtsbestimmenden Chromosomen, verursacht wird. Rezessiv bedeutet, dass die Erkrankung nur dann auftritt, wenn die betreffenden Gene beider gleichartigen Autosomen (Allele) mutiert sind. Es muss also sowohl das von der Mutter vererbte Chromosom als auch das vom Vater betroffen sein, damit die Krankheit beim Kind ausbricht. Die Eltern sind zwar gesund, aber Träger für das mutierte Allel. Die Wahrscheinlichkeit, dass Nachkommen gesunder Eltern an einer autosomal-rezessiv vererbten Erkrankung erkranken, liegt somit bei 25 Prozent.[6]

Homozygot und heterozygot

Jeder Mensch erhält immer zwei Genvarianten für ein und dieselbe Funktion, eine von der Mutter und eine vom Vater. Diese Genvarianten werden auch als Allele bezeichnet. Homozygot bedeutet, dass ein Mensch das gleiche Allel für ein bestimmtes Merkmal von beiden Elternteilen erhalten hat. Heterozygot bedeutet, dass ein Mensch von seinen Eltern unterschiedliche Allele für ein bestimmtes Merkmal erhalten hat.[7]

Illustration über die Vererbung der CF: Darstellung der Eltern und vier Kinder

So wird Mukoviszidose vererbt

Das CFTR-Gen: Welche Rolle es bei Mukoviszidose spielt

Die Ursache für die Mukoviszidose liegt in Mutationen des sogenannten CFTR-Gens auf Chromosom 7. CFTR steht für Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator.[8] Jeder Mensch besitzt zwei Kopien des CFTR-Gens. Etwa fünf Prozent der Bevölkerung tragen ein defektes CFTR-Gen, das eine CF verursachen kann.[9]

Da die Mukoviszidose autosomal-rezessiv vererbt wird, muss ein Kind zwei defekte CFTR-Gene – von beiden Eltern jeweils eines – geerbt haben.[10] Von den rund 2.000 bekannten CFTR-Mutationen (Varianten des Gendefekts) gelten derzeit circa 719 als CF verursachend.[11| Diese Vielfalt erklärt, warum CF nicht gleich CF ist und die Krankheit unterschiedlich behandelt werden muss.

Mukoviszidose ist nicht gleich Mukoviszidose

Eine CF entsteht, wenn die Mutationen im CFTR-Gen zu einem defekten oder fehlenden CFTR-Protein führen. Dieses CFTR-Protein ist ein Kanal in der Zellmembran, d.h. auf der Oberfläche von Körperzellen, der für den Salzaustausch der Zellen zuständig ist.[12] Die Mutationen des CFTR-Gens bestimmen die Aktivität des CFTR-Proteins und beeinflussen so den zeitlichen Ablauf und den Schweregrad der Symptome.[13]

Der Genotyp ist die Gesamtheit der Erbanlagen eines Menschen.

Das Wissen, welche Genmutationen bei einer Patientin oder einem Patienten für die Mukoviszidose verantwortlich sind, ist entscheidend für die Therapie. Für einen Großteil der Betroffenen sind mittlerweile Medikamente verfügbar, die den ihrer Erkrankung zugrundeliegenden Proteindefekt gezielt adressieren. Um die passenden Medikamente auszuwählen, müssen die behandelnden Ärztinnen und Ärzte daher die genaue Ursache der Erkrankung kennen, die sich in den Genen verbirgt.

Neugeborenen-Screening

Eine möglichst frühe Diagnose ermöglicht eine schnelle Einleitung von Maßnahmen und Therapien, um dabei zu unterstützen, den progredienten Verlauf der Krankheit zu verzögern. Das Neugeborenen-Screening ermöglicht die frühzeitige Erkennung von genetisch bedingten Erkrankungen, darunter auch Mukoviszidose. Die Behandlung von Mukoviszidose beinhaltet oft eine Kombination aus Medikamenten, physiotherapeutischen Maßnahmen und einer speziellen Ernährung, um die Symptome zu lindern und die Lebensqualität zu verbessern. Die Erforschung und Entwicklung neuer Therapien, einschließlich gentherapeutischer Ansätze, schreitet immer weiter voran und könnte die Behandlungsperspektiven in Zukunft verbessern.

Weitere Informationen zum Thema Neugeborenenscreening gibt es auch auf cfsource.de.

Quellennachweise

1. Bundesministerium für Bildung und Forschung. Seltene Erkrankungen. Online verfügbar unter: https://www.gesundheitsforschung-bmbf.de/de/forschen-am-seltenen-6439.php Letzter Abruf: 7.12.2023

2. ZDFtivi logo!. Was diese menschlichen Bausteine bestimmen. Online verfügbar unter: https://www.zdf.de/kinder/logo/gentechnik-100.html Letzter Abruf: 07.12.2023

3. ARDalpha. Die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts. Online verfügbar unter: https://www.ardalpha.de/wissen/gesundheit/menschliches-erbgut-dna-gen-human-genom-project-venter-gene-100.html#:~:text=Inzwischen%20kann%20die%20Forschung%20auch,die%20Menge%20seiner%20Erbanlagen%20zur%C3%BCckzuf%C3%BChren. Letzter Abruf: 17.01.2024

4. Spektrum. Lexikon der Biologie: Erbkrankheiten. Online verfügbar unter: https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/erbkrankheiten/22086 Letzter Abruf: 17.01.2024

5. 2. ZDFtivi logo!. Was diese menschlichen Bausteine bestimmen. Online verfügbar unter: https://www.zdf.de/kinder/logo/gentechnik-100.html Letzter Abruf: 07.12.2023

6. FDNA™ Health. Was ist autosomal-rezessive Vererbung? Online verfügbar unter: https://fdna.health/knowledge-base/what-is-autosomal-recessive-inheritance/ Letzter Abruf: 07.12.2023

7. Doccheck. Homozygot und heterozygot. Online verfügbar unter: https://flexikon.doccheck.com/de/Homozygot Letzter Abruf: 07.12.2023

8. Cystic Fibrosis Foundation. Basics of the CFTR Protein. Online verfügbar unter: www.cff.org/Research/Research-Into-the-Disease/Basics-of-the-CFTR-Protein/ Letzter Abruf: 07.12.2023

9. Daniel Merk, Manfred Schubert-Zsilavecz: Personalisierte Medizin: Neue Ansätze bei Mukoviszidose. 2011. Online verfügbar unter: www.pharmazeutische-zeitung.de/ausgabe-372011/neue-ansaetze-bei-mukoviszidose/ Letzter Abruf: 07.12.2023

10. NHS choices. Cystic Fibrosis. Online verfügbar unter: www.nhs.uk/conditions/cystic-fibrosis/ Letzter Abruf: 07.12.2023

11. CFTR2. CFTR2 Variant List History. Online verfügbar unter: www.cftr2.org/mutations_history Letzter Abruf: 07.12.2023

12. National Organization for Rare Discorders. Cystic Fibrosis. Online verfügbar unter: https://rarediseases.org/rare-diseases/cystic-fibrosis Letzter Abruf: 07.12.2023

13. Zielenski J. Genotype and phenotype in cystic fibrosis. Respiration. 2000; 67: 117-33.