Molekularen Signalen der Parkinson-Krankheit auf der Spur

Bioinformatiker der Universität des Saarlandes haben nach Biomarkern für die Früherkennung von Morbus Parkinson gesucht und dabei ihr Augenmerk auf Ribonukleinsäuren (RNA) gelegt. In ihrer Studie zeigen sie, dass man anhand des Spiegels nicht kodierender RNAs im Blut eines Parkinson-Patienten den Krankheitsverlauf nachvollziehen kann.

Das Team um den Bioinformatiker Prof. Andreas Keller und seinen Doktoranden Fabian Kern hat für seine Studie die molekularen Profile von mehr als 5000 Blutproben von über 1600 Parkinson-Patienten erstellt und ausgewertet. Dabei sind rund 320 Milliarden Datenpunkte entstanden, welche die Forscher mit Methoden der Künstlichen Intelligenz auf Biomarker der Parkinson-Krankheit untersucht haben. „Unser Projekt zählt damit zu den umfangreichsten RNA-Studien Welt“, sagt Keller, Leiter der Forschungsgruppe für klinische Bioinformatik an der Universität des Saarlandes und Sprecher des Zentrums für Bioinformatik am Saarland Informatics Campus.

Besonders interessant war der Spiegel einer speziellen Klasse von Ribonukleinsäuren in den Blutproben, sogenannter microRNAs. MicroRNAs sind kurze, nicht kodierende Abschnitte der RNA, die bei der Umsetzung genetischer Information eine wichtige regulatorische Rolle spielen. „Da microRNAs im Blutkreislauf stabil sind, vielfältige Informationen für die Diagnose und Prognose enthalten und ihr Einfluss auf die Gene eines Organismus gut erforscht ist, betrachten wir sie als vielversprechende Kandidaten für belastbare Biomarker, auch im Kontext der Parkinson-Krankheit“, sagt Kern, Erstautor der Studie. Denn schon in anderen groß angelegten Studien konnte Kellers Gruppe microRNAs erfolgreich als diagnostische Biomarker für Alzheimer und Lungenkrebs identifizieren.

Molekulare Wellen zeichnen Krankheitsverlauf

Für Parkinson haben die Saarbrücker Bioinformatiker nun nachgewiesen, dass die Krankheit im dritten Lebensjahrzehnt und ab dem 70. Lebensjahr in besonders starken molekularen Wellen verläuft. „Hinweis dafür ist die erhöhte Konzentration deregulierter microRNAs, die wir in Blutproben der entsprechenden Studien-Kohorten gefunden haben“, erklärt Keller.

Die Blutproben zur Auswertung haben die Forscher von einer der größten Parkinson-Studien der Welt erhalten, der “Parkinson‘s Progression Markers Initiative (PPMI)” aus den USA. Da es sich bei dem PPMI-Datensatz um eine Längsschnittstudie handelt, konnten sie insbesondere der Frage nachgehen, ob die Konzentration der microRNAs über die Zeitachse variiert und so Rückschlüsse auf den Verlauf der Krankheit ziehen. Darüber hinaus haben die Forscher ihre Ergebnisse anhand unabhängig gesammelter Proben einer zweiten Kohorte mit mehr als 1000 Patienten reproduziert, die ihnen durch das Centre for Systems Biomedicine in Luxemburg zur Verfügung gestellt wurden.

Informationsgehalt bestimmter Zellen hängt vom Alter ab

In der aktuellen Studie haben die Bioinformatiker der Saar-Universität mit Vollblutanalysen gearbeitet und die Gesamtkonzentration der microRNAs aller Blutzellen untersucht. Dabei konnten sie zeigen, dass der Informationsgehalt bestimmter Zelltypen abhängig von Lebensalter und Krankheitsabschnitt des Probanden schwankt. „In Zukunft wollen wir das Blut bis auf die Einzelzell-Ebene analysieren, wodurch wir wesentlich präzisere Aussagen treffen können“, sagt Keller mit Blick auf künftige Forschungsvorhaben.

Insgesamt waren an der aktuellen Studie elf Institutionen beteiligt, unter anderem internationale Schwergewichte wie die amerikanische Eliteuniversität Stanford, an der Keller 2019 und 2020 als Visiting Professor gastierte, das Translational Genomics Research Institute (TGen) in Phoenix, die University of Southern California in Los Angeles und die University of California in San Diego.

Originalpublikation:
Kern F et al. Deep sequencing of sncRNAs reveals hallmarks and regulatory modules of the transcriptome during Parkinson’s disease progression. Nature Aging, 15. März 2021