Eine neue Studie zeigt einen möglichen Wandel in unserem Grundwissen über die Entstehung von Geburtsfehlern auf und bietet neue Ansatzpunkte für Früherkennungs- und Präventionsstrategien.
Geburtsfehler betreffen jedes Jahr etwa 3 % der in den Vereinigten Staaten geborenen Babys.
Die Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritteidentifizierten entscheidende genetische Interaktionen in den frühesten Stadien der Embryonalentwicklung, die Geburtsfehler vorhersagten, die für das Cornelia-de-Lange-Syndrom charakteristisch sind, und möglicherweise Hinweise auf die genetische Herkunft vieler Arten von Geburtsfehlern geben.
Das Cornelia-de-Lange-Syndrom ist eine genetische Erkrankung, die viele Teile des Körpers betrifft und durch markante Gesichtszüge, Wachstumsverzögerung, geistige Behinderung und Anomalien der Gliedmaßen gekennzeichnet ist. Das Syndrom wird durch Mutationen in Genen verursacht, die an der Regulierung der Genexpression und -entwicklung beteiligt sind.
Forscher machten eine tiefgreifende Entdeckung im Zusammenhang mit dem Gen Nipbl – dessen Mangel die meisten Fälle des Cornelia-de-Lange-Syndroms verursacht – und seinem komplizierten Zusammenspiel mit einem anderen Gen, Nanog.
„Unsere Daten legen nahe, dass Nipbl und Nanog mehr als nur notwendige Akteure in der frühen Embryonalentwicklung sind. Sie sind entscheidende Regulatoren, die, wenn sie zusammen falsch reguliert werden, weitreichende Auswirkungen auf die Embryogenese und die Entwicklung vieler Gewebe und Organe haben“, sagt Co-Autor Stephenson Chea, ein Doktorand in der Abteilung für Entwicklungs- und Zellbiologie an der University of California, Irvine .
Dieses entscheidende Unterfangen begann mit einem innovativen Ansatz zur Kartierung der Genexpression in frühen embryonalen Zellen. Durch den Einsatz von Einzelzell-RNA-Sequenzierung und innovativen bioinformatischen Techniken zeichnete das Team das Genexpressionsprofil jeder Zellpopulation auf, die während der Gastrulation, einem grundlegenden Entwicklungsstadium, vorhanden war.
Die beobachteten Unterschiede in der Genexpression und der Zellpopulationsgröße zwischen normalen Embryonen und solchen mit Nipbl-Mangel lieferten beispiellose Einblicke in die frühesten Ursprünge von Geburtsfehlern.
„Dies ist das erste Mal in diesem komplexen Entwicklungssyndrom, dass wir so tiefgreifende Genexpressionsunterschiede an einem entscheidenden Entwicklungspunkt aufdecken konnten, was uns zu der Annahme veranlasst, dass wir beginnen, einen grundlegenden Aspekt der Art und Weise der angeborenen Geburt zu verstehen Defekte entstehen während der frühen Entwicklung“, sagt Co-Autorin Anne Calof, Professorin für Anatomie und Neurobiologie.
Die Auswirkungen reichen weit und breit. Die Bestimmung der Stadien, in denen sich die Entwicklungswege verschiedener Gewebe aufgrund genetischer Anomalien unterscheiden, eröffnet die Möglichkeit, medizinisch einzugreifen.
„Das Verständnis dieses genauen Zeitpunkts öffnet nicht nur ein Fenster für die Diagnose, sondern möglicherweise auch für die Identifizierung von Biomarkern, die für die Entwicklung therapeutischer Interventionen wichtig wären.“ Hier verbindet sich unsere Forschung mit der realen Anwendung“, sagt Teammitglied Arthur Lander, Professor für Entwicklungs- und Zellbiologie.
Die frühzeitige Erkennung und Intervention bei Geburtsfehlern kann die Lebensergebnisse erheblich verbessern und die langfristigen Gesundheitskosten senken, was den betroffenen Einzelpersonen, ihren Familien und der Gesellschaft im Allgemeinen zugute kommt.
Die Studie unterstreicht einen entscheidenden Übergang von der Beobachtung zum Handeln in der Genforschung. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden einen Rahmen für weitere Forschungen, die eines Tages zu präventiven Behandlungen führen könnten, die Kindern weltweit einen gesünderen Start ins Leben ermöglichen.
Weitere Co-Autoren stammen von der UC Irvine und der University of Southern California.
Die National Institutes of Health unterstützten die Arbeit.
Quelle: UC Irvine
