Schnellere Diagnose der Huntington-Krankheit

Die Huntington-Krankheit und einige weitere Hirnerkrankungen werden durch überlange DNA-Sequenzen verursacht. Vom SNF geförderte Forschende haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Länge der mutierten Gene schnell und einfach bestimmen lässt.

An Chorea Huntington erkrankte Menschen leiden unter unkontrollierten Körperbewegungen sowie unter einem Rückgang ihrer mentalen Fähigkeiten. In der Regel führt die Krankheit etwa 15 bis 20 Jahre nach der Diagnose zum Tod der Patienten. Verursacht wird sie dadurch, dass ein Abschnitt des Huntington-Gens länger ist als bei gesunden Patienten. Das mutierte Gen lässt Hirnzellen absterben.

Messung in nur fünf Minuten

Die Länge des mutierten Genabschnitts wird heute mühsam in einer mehr als fünfstündigen Laboranalyse bestimmt. Das Team um Vincent Dion, SNF-Förderprofessor an der Universität Lausanne, hat nun mit Mitarbeitenden aus Toulouse ein zuverlässiges Verfahren zur Messung des für die Krankheit verantwortlichen, überlangen DNA-Abschnitts entwickelt. Das Messergebnis ist schon nach fünf Minuten verfügbar¹. Somit kann die gesamte Diagnose mehr als dreimal schneller erfolgen als bisher.

Die zu analysierende DNA wird aus Blutzellen extrahiert. 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. Unter Spannung und hohem Druck lassen sich die elektrisch geladenen DNA-Moleküle ihrer Länge nach trennen. Die kürzeren Sequenzen werden tiefer in den Trichter gedrückt als die längeren. Durch eine fluoreszierende Markierung kann die Länge unter dem Mikroskop leicht abgelesen werden.

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.

Im Rahmen des Projekts arbeitete das Team mit der Gruppe um Aurélien Bancaud vom Labor für Analyse und Systemarchitektur (LAAS) in Toulouse zusammen, das die neue Methode entwickelt und patentiert hat. Picometrics Technologies hat die Lizenz zur Herstellung des Produkts unter dem Namen µLAS erhalten.

Schlechte Stellen einfach herausschneiden

Die Huntington-Krankheit ist nur eine von mehr als zwanzig bekannten Trinukleotiderkrankungen. Zu diesen gehören auch die Spinozerebelläre Ataxie, das Fragile X-Syndrom, die Myotone Dystrophie und die Friedreich-Ataxie. 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 werden². “Vom Nachweis der Wirksamkeit in Zellkulturen bis zu einem möglichen Einsatz in der Medizin ist es jedoch noch ein langer Weg”, sagt Dion.

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