Ist eine Heilung für Rett wirklich in greifbarer Nähe?

von Monica Coenraads | 31. Januar 2018

 

Genauigkeit liegt mir am Herzen. Das war schon immer so. Also muss ich zugeben, dass mir immer ein wenig unwohl wird, wenn ich Posts, Videos oder Kommentare sehe, die behaupten, dass „die Heilung von Rett in greifbarer Nähe ist.“

 

Ich persönlich, unser wissenschaftlicher Leiter Dr. Randy Carpenter und unsere wissenschaftlichen Berater sind davon überzeugt, dass eine Heilung nur möglich ist, wenn das Kernproblem der Störung, nämlich MECP2, angegangen wird. Obwohl die Medikamente, die aktuell in klinischen Versuchen zum Rett-Syndrom getestet werden, einige Symptome lindern mögen, erwarten wir nicht, dass sie etwas hervorbringen, das einer Heilungsmöglichkeit nahekommt.

 

Wo stehen wir also mit unseren Ansätzen, die MECP2 anvisieren? Zur Erinnerung: Diese umfassen Gentherapie, RNA-Modifikation, Reaktivierung von MECP2 und Proteinersatz, also die vier Ansätze, die im strategischen Forschungsplan vom RSRT – Weg zur Heilung – höchste Priorität haben.

 

Die Gentherapie ist dem klinischen Versuch bisher am nächsten gekommen. Wie die meisten von Ihnen wissen, hat das Biotechnologie-Unternehmen AveXis im letzten Jahr angekündigt, dass man klinische Versuche auf der Basis der ermutigenden Daten vom Gentherapie-Konsortium des RSRT durchführen wird. Aktuell befindet man sich bei der Arbeit mit Fachärzten für Rett und Dr. Carpenter, um einen ersten klinischen Versuch anzulegen, der mögliche Risiken und Vorteile optimal ausbalanciert. Es wurde versichert. dass AveXis sämtliche Einsichten, die in vorangegangenen Besprechungen mit der FDA (US-Behörde zur Überwachung von Lebensmitteln und Medikamenten) gewonnen wurden, einsetzt, um den Fortschritt mit dem Gentherapie-Programm für Rett voranzutreiben.

 

Wir sind ebenfalls gespannt auf das Potenzial der RNA-Modifikationen, welche Mutationen auf der RNA-Stufe und nicht auf der Gen-Stufe reparieren. Dieser biologische Ansatz könnte auch eine Einmalbehandlung sein und wird über einen Vektor verabreicht werden müssen. Entsprechend ist das, was bei der Gentherapie bereits erkannt wurde und noch erkannt werden wird, relevant für Ansätze mit RNA-Modifikation. Zusätzlich zum Fortschritt jener Wissenschaftler, die durch den RSRT gefördert werden, haben sich in den letzten Monaten auch bei anderen führenden Wissenschaftlern spannende Durchbrüche in diesem schnell wachsenden Bereich ergeben. Wir wollen mit noch mehr Energie in Ansätze, die auf die RNA abzielen, investieren und weitere weltweit führende Experten dazu bewegen, ihre Forschung auf das Rett-Syndrom zu konzentrieren. Obwohl diese Strategie neuartig ist und es bisher keine klinischen Versuche zu irgendeiner Krankheit gibt, ist unsere Hoffnung, dass das Rett-Syndrom den Weg dafür ebnen wird.

 

Bei einem Versuch, MECP2 zu reaktivieren, haben die Wissenschaftler in unserem Reaktivierungs-Konsortium tausende von Wirkstoffen gerastert. Es wurden mehrere Wirkstoffe entdeckt, die das Gen bis zu einem gewissen Grad reaktivieren, doch wahrscheinlich sind diese Wirkstoffe nicht sicher genug, um in klinischen Versuchen zum Einsatz zu kommen. Während der letzten Jahre haben wir unser Reaktivierungs-Arsenal um biologische Ansätze erweitert. Kürzlich haben wir dem Jaenisch-Labor am Whitehead Institute eine Förderung gewährt, um einen CRISPR-Ansatz weiterzuverfolgen, und eine weitere ging an das Philpot-Labor an der Universität von North Carolina, um einen Zinkfinger-Ansatz zu entwickeln. Diese biologischen Strategien erfordern ebenso die Verabreichung über einen Vektor, und so bieten sich wiederum für unsere auf dem Gebiet der Gentherapie gewonnenen Erkenntnisse weitreichende Anwendungsmöglichkeiten.

 

Die letzte Strategie, die MECP2 anvisiert, ist der Proteinersatz. Genug MECP2-Protein kontinuierlich an das Gehirn zu liefern ist gegenwärtig schwierig. Zahlreiche Wissenschaftler und biopharmazeutische Unternehmen sind im Moment damit beschäftigt, die Verabreichung von Proteinen an das Gehirn zu verbessern, und wir freuen uns darauf, schnell neue wissenschaftliche Durchbrüche nutzen zu können.

 

Mit Ausnahme der Gentherapie sind unsere anderen Ansätze noch nicht reif für klinische Versuche. Das bedeutet, dass eine Antwort auf die Frage, wie nah wir wirklich an einer Heilung sind, zum großen Teil von den Ergebnissen des Gentherapie-Versuchs bei AveXis abhängt.

 

Ich vermute, dass die Tage und Wochen, nachdem dem ersten Kind eine Gentherapie verabreicht wurde, die spannendsten und beängstigendsten in meinem Leben sein werden. Spannend, weil die Rett-Gemeinschaft zum ersten Mal die Gelegenheit haben wird, einen Ansatz zu verfolgen, der auf den Kern dieses schrecklichen Leidens zielt. Beängstigend, weil ein erster Versuch mit etwas immer Risiken birgt, und weil es keine Garantien gibt, obwohl wir deutliche Verbesserungen erwarten.

 

Eins ist jedenfalls gewiss: Wir würden heute nicht am Rand zu klinischen Versuchen in der Gentherapie stehen, wenn es den RSRT sowie unsere großartigen Familien und deren Netzwerke und deren Unterstützung nicht geben würde. Darauf bin ich sehr stolz.

 

Ich gebe allen in unserer Gemeinschaft, die wie ich jemanden mit Rett lieben, drei Versprechen:

 

Erstens wird der RSRT nicht aufgeben, bis wir eine Heilung erreicht haben. Ob nun diese Heilung „in greifbarer Nähe“ ist, da der bevorstehende Gentherapie-Versuch das bestmögliche Ergebnis liefert, oder ob wir feststellen, dass man das Gentherapie-Produkt verändern und verbessern kann, oder ob einer der anderen Ansätze die Führung übernimmt – wir werden nicht aufgeben!

 

Zweitens wird der RSRT bei all seinen Aktivitäten mutig voranschreiten, beim Beschaffen von Geldmitteln bis hin zur Forschung. Dies ist der einzige Weg, um wirkliche Fortschritte zu machen.

 

Drittens werden Sie von uns immer die Wahrheit bekommen. Kein Drumherumreden. Das verdienen Sie.

 

Ist eine Heilung also in greifbarer Nähe? Ehrlich gesagt, ich weiß es nicht. Aber ich kann kaum erwarten, es herauszufinden.

 

Diesen Worten schließt sich der Rett-Syndrom-Deutschland gerne an!

 

Jungen mit Rett geben Hinweise auf die Funktion von MECP2

Jungen mit Rett geben Hinweise auf die Funktion von MeCP2

6. März, 2013 in Uncategorized | Tags: Adrian Bird, Angela Wilkins, ATRX, Baylor College of Medicine, Gail Mandel, HHMI, Huda Zoghbi, Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute, MECP2, Olivier Lichtarge, rett, rett syndrome, Rett Syndrome Research Trust, RSRT, Steven Baker
RETT SYNDROME RESEARCH TRUST WEBSITE
von Kelly Rae Chi
Das Rett-Syndrom wird durch eine Vielzahl Mutationen des MeCP2-Protein verursacht, doch in manchen Fällen fehlt das Endstück des MeCP2-Proteins. Steven Baker, postgraduierter Student der Entwicklungsbiologie am Baylor College of Medicine in Houston, der ebenfalls am Ausbildungsprogramm für medizinische Wissenschaftler teilnimmt, blätterte durch die klinische Literatur über Jungen mit solchen Mutationen und stieß dabei auf einen feinen Unterschied bei der Verkürzung des Proteinendstücks – nur drei Aminosäuren – was offenbar den Unterschied macht zwischen jahrzehntelangem Leben (wenn auch mit Rett-ähnlichen Beeinträchtigungen) und dem Tod im Kindesalter.
baker_steven
Steven Baker
Baker fragte seine Betreuerin Huda Zoghbi, ob sie sich vorstellen könne, dass diese wenigen Aminosäuren das klinische Fortschreiten von Rett derart dramatisch beeinflussen könnten.

Huda Zoghbi
„Ich weiß es nicht”, erinnert sich Zoghbi an ihre erste Reaktion. Sie ist Wissenschaftlerin am Howard Hughes Medical Institute und Direktorin des Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute am Texas Children’s Hospital. Andere genetische Faktoren könnten zu dem deutlichen Unterschied beim Fortschreiten von Rett beitragen. Der einzige Weg, das herauszufinden, sei die Zucht von Mäusen, die jeweils beide unterschiedlichen Mutationen haben.
Gesagt, getan. Einer Maus wurde das Ende ihres MeCP2 an der Stelle 270 (‘R270X’-Maus) entfernt, während das Protein einer anderen an der Stelle 273 (‘G273X’-Maus) verkürzt wurde. Die Geschichten dieser Mäuse erinnern an das, was Baker bei den Jungen aufgefallen war. Die R270X-Mäuse starben vor der Geschlechtsreife, ähnlich wie Mäuse ohne MeCP2. Im Gegensatz dazu überlebten die G273X-Mäuse mit den zusätzlichen Aminosäuren länger und zeigten später Symptome, obgleich diese dann ernster ausfielen und die Mäuse früher starben als gesunde Mäuse.
Was tun diese Aminosäuren? Beim Versuch, das herauszufinden, haben die Wissenschaftler ihre Einblicke in die Funktionsweise von MeCP2 verfeinert. Ihr Ergebnisse werden diese Woche in Cell veröffentlicht.

(Text in Abbildung:
Erkenntnisse durch neue Mausmodelle für das Rett-Syndrom
Wissenschaftler haben zwei neue Mausmodelle geschaffen, die verkürzte Formen des Rett verursachenden Proteins MeCP2 exprimieren. Die G273X-Maus kann im Vergleich mit einer gesunden Maus (oben) weniger Chromatin (DNA um Histonproteine gewunden; gelbe Köpfe) in einer Zelle unterbringen. Die R270X-Maus, die drei Aminosäuren weniger als G273X hat, nimmt Chromatin noch schlechter auf. Deswegen stirbt die R270X-Maus vor der Geschlechtsreife, ungefähr zur gleichen Zeit wie Mäuse, die gar kein MeCP2 haben.)

Ein Blick auf DNA-Bindung:
Die Forschung weiß, dass MeCP2 im gesamten Genom bindet und die DNA in Nervenzellen stärker ummantelt als in anderen Zellen, doch was es danach genau tut, ist nicht so klar. Man vermutet, dass es Gene ein- und ausschaltet oder die Gesamtstruktur der DNA verändert.
Zoghbis Team nahm an, dass die zwei verkürzten Formen von MeCP2 möglicherweise anders an die DNA binden — auf eine Art, die vielleicht die verschiedenen klinischen Verläufe bei Jungen erklären könnte — doch als sie zuerst mehrere Punkte im Genom untersuchten, stellten sie fest, dass beide Arten in ähnlicher Weise an diese Punkte banden.
Nach einer eher umfassenden Untersuchung des Genoms fand die Gruppe heraus, dass die Bindung von MeCP2 tatsächlich überall gleich war und normal aussah (Letztes war nicht weiter überraschend, weil man vom vorderen Ende von MeCP2 bereits weiß, dass es an DNA bindet). Beide Mutationen störten ebenfalls die normale Fähigkeit von MeCP2, Gene zu unterdrücken.
Durch eine genauere Untersuchung der Genexpression zu verschiedenen Zeitpunkten der Hirnentwicklung stieß die Gruppe jedoch auf einen bedeutenden Unterschied bei den zwei Mutanten: Im Alter von vier Wochen exprimierte eine kleine Gruppe von Genen des R270X-Mutanten nicht auf die übliche Weise, was beim G273X-Mutanten nicht auftrat. Interessanterweise erfuhren diese Gene beim G273X-Typ jedoch nach neun Wochen eine Störung.
Die Verbindung ins Tierreich:
In der Zwischenzeit nahmen die Wissenschaftler Kontakt zu dem Evolutionsbiologen Olivier Lichtarge auf, der Professor am Baylor College of Medicine ist und Computertools zur Untersuchung der Evolution von Proteinsequenzen verwendet. Er half, die Sequenzen der Proteinenden bei verschiedenen Spezies zu vergleichen (unter der Annahme, dass alle Bereiche des Proteins mit großer Ähnlichkeit bei verschiedenen Spezies vielleicht wichtig für die Proteinfunktion seien) „Wir arbeiteten mit Angela Wilkins vom Lichtarge-Labor zusammen und fragten sie, ob es in diesem Bereich etwas wirklich Einzigartiges gebe“, so Zoghbi, die ebenfalls Professorin am Baylor College of Medicine ist.
Man fand heraus, dass drei Sätze des MeCP2-Endstücks bei Fischen, Fröschen. Ratten, Mäusen und Menschen über lange Zeit konserviert sind. Eine Verkürzung von MeCP2 an der Stelle 273 entfernte ein Drittel dieser konservierten Sätze, wogegen ein Entfernen des Endstücks an der Stelle 270 den zweiten und den dritten Satz zerstörte.
Was sind diese Sätze von Aminosäuren am Ende von MeCP2 und welche Funktion haben sie? Es stellte sich heraus, dass es sich hier um so genannte AT-Haken handelt. 2005 beschrieb eine Studie des Teams von Adrian Bird den ersten dieser AT-Haken (welcher bei Zoghbis Modellen der verbleibende ist). Seine Funktion war jedoch weiter unklar.
AT-Haken sind Bereiche eines Proteins, von dem man weiß, dass es an die DNA bindet, und so wandte man sich wieder der Idee zu, dass die beiden verkürzten Proteine sich insofern voneinander unterscheiden, wie sie an das Genom binden, obwohl die ersten Untersuchungen ergeben hatten, dass die Bindung ähnlich stattfand. Mit einer anderen Analyse fand man heraus, dass ein Fehlen des zweiten Bereichs als AT-Haken die Fähigkeit des R270X-Typs einschränkte, kontinuierlich mit bestimmten Sequenzen im Genom zu interagieren.

(Text in Abbildung:
Gegenwärtiges Verständnis der Funktionsweise von MeCP2
MeCP2 bindet an die DNA und hat drei Sätze (AT-Haken, +++) an seinem Ende, welche Chromatin manipulieren (gelbe Köpfe) und bei der Aufnahme in der Zelle helfen. Die Aktivität wird gedämpft, wenn MeCP2 verkürzt wird (‚G273X’ und ‚R270X’-Mäuse). MeCP2 verliert auf diese Weise einen seiner Protein-Partner, das ATRX (rot).)

Die Interaktion zwischen MeCP2 und der DNA:
Unsere Genome sind eng um spulenartige Proteine gewickelt, die Histone genannt werden; die DNA und Histone (zusammen Chromatin genannt, welches wie Perlen auf einer Schnur aussieht) werden dann noch enger zusammengeschnürt, so dass alles in die Zellen passt. Mit einem experimentellen Modell für die Verdichtung in vitro entdeckte das Team, dass R270X-Mäuse (welche, wie wir jetzt wissen, zwei AT-Haken weniger besitzen gegenüber einem bei den anderen) Chromatin nicht so gut komprimieren wie 273X-Mäuse.
Trotzdem sei die erste Erkenntnis, dass beide mutierten Formen von MeCP2 an die DNA binden, weiterhin von Bedeutung, so Zoghbi. „Es zeigt uns, dass die Hauptbindung an die DNA stattfindet. Das ist der erste Schritt.“ Die Forscher nehmen an, dass nach einer Bindung des vorderen Endes von MeCP2 an die DNA die AT-Haken-Sätze am anderen Ende wirken und die DNA weiter manipulieren, etwa indem sie die Struktur biegen oder verändern, so dass die DNA weiter in die Zelle gepackt werden kann.
„Es gab schon vorher Hinweise, dass MeCP2 vielleicht eine Veränderung des allgemeinen Aufbaus der DNA bewirkt. Die neue Studie ist möglicherweise der direkteste Beweis”, sagt die Howard Hughes Medical Institute-Wissenschaftlerin Gail Mandel von der Oregon Health and Science University in Portland, welche allerdings nicht an der Studie beteiligt war.
Der Protein-Partner ATRX:
Wenn das MeCP2 auf der DNA sitzt und wahrscheinlich die Art des Einbaus in eine Zelle verändert, kommen weitere molekulare Partner hinzu. Einer davon ist das Protein ATRX—dessen Mutationen mit dem Alpha-Thalassämie-Syndrom (geistige Retardierung) in Verbindung gebracht wurden—und Adrian Birds Labor hat bereits gezeigt, dass seine Interaktion mit der DNA bei Mäusen mit fehlendem MeCP2 gestört ist. Zoghbis Team hat sich entschieden, dieses Protein bei den neuen mutierten Mäusen zu untersuchen.
Im Vergleich mit den gesunden Mäusen und dem G273X-Typ geht ATRX aus der eng gepackten DNA der Nervenzellen bei R270X-Mäusen früher im Verlauf des Lebens verloren, und dieser Verlust spiegelt das schnellere Auftreten von Rett-Symptomen. „Für uns war das wirklich interessant”, sagt Zoghbi, „weil die Veränderung nicht stattfindet, etwa weil die Nervenzellen krank wären, sondern weil kein ordentlich funktionierendes MeCP2 vorhanden ist.“
Bei der Untersuchung von mutierten Mäusen, denen eine Kopie von MeCP2 fehlt, fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Hirnzellen ohne MeCP2 ebenfalls weniger ATRX hatten, das eng an die dicht gepackte DNA gebunden war, wenn man die Befunde mit einer Kontrollgruppe verglich. Bei weiblichen Mutanten mit zu viel MeCP2 war eine übergroße Menge ATRX an die DNA angelagert. Kein MeCP2 in Leber und anderen Organen außer dem Hirn hatte keinen Einfluss auf die Bindung von ATRX in diesen Organen, so dass angenommen werden kann, dass MeCP2 über einen Mechanismus speziell für das Hirn verfügt.

Zukünftige Richtungen:
Zusammengefasst legten diese Ergebnisse die Annahme nahe, dass die AT-Haken-Sätze am Ende des MeCP2-Proteins im Hirn die DNA auf eine Weise manipulieren, die entscheidend ist, damit andere Protein-Partner binden und ihre Aufgaben erledigen könnten, so Zoghbi.
„Diese neue Arbeit wirft ein Licht auf die Komplexität der Interaktion zwischen MeCP2 und ATRX“, sagt Mandel. Außerdem „kennen wir nicht alle anderen Proteine, die an MeCP2 binden. Man könnte aber vermuten, dass es da noch mehr Partner gibt, die einen Einfluss darauf haben, ob Gene ein- oder ausgeschaltet sind.“
Zoghbis Team hofft herauszufinden, wie ein verkürztes Ende von MeCP2 die Chromatinstruktur verändert hat, ohne dabei die Genexpression dramatisch zu beeinflussen — mehr Wissen erhofft man sich ebenfalls über den Einfluss der Mutation auf die Hirnaktivität. Sie planen auch biochemische und molekulare Experimente, um herauszufinden, wohin das ATRX geht und was es tut, wenn seine Verteilung in den Hirnzellen von den MeCP2-Mutanten verändert wird.
Für Zoghbi unterstreichen die neuen Erkenntnisse, wie wichtig es ist, zurück zu den Patienten zu gehen, um mehr über die Funktion von MeCP2 herauszufinden. 1999 zeigte Zoghbi zum ersten Mal, dass verschiedene Mutationen an MeCP2 Rett verursachen. „14 Jahre später stehen wir hier, und einige der Mutationen beim Menschen erteilen uns eine Lehre“, sagt sie. „Es ist wirklich sehr ernüchternd zu sehen, welche Vielfalt man erkennt und welche Breite an menschlichen Eigenschaften, die man analysieren muss, um dann wieder zurückzugehen und sie an Mäusen zu untersuchen.“

Eine neue Arbeitsweise für MeCP2

Seit über einem Jahrzehnt wissen wir bereits, dass Mutationen am MECP2-Gen das Rett-Syndrom verursachen. Doch noch immer ist unklar, was genau dieses Protein eigentlich tut.

In den frühen 90ern reinigte das Wissenschaftlerteam um Adrian Bird MeCP2—das Kürzel steht für Methyl-CpG bindendes Protein 2—und benannte das Protein nach seiner Eigenschaft, Teile der DNA mit einem chemischen Aufhänger namens Methyl zu binden. Methyl neigt dazu, die Expression von Genen zu dämpfen, was die Annahme nahe legt, dass die Funktion von MeCP2 darin besteht, Gene stumm zu schalten.
Seitdem veröffentlichte Studien nehmen an, dass MeCP2 die Expression zahlreicher Gene aktiviert oder unterdrückt. Andere Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass dieses Protein im ganzen Genom bindet und so die Weise, wie DNA in eine Zelle eingebaut wird, beeinflusst.

Neue Belege, die heute (21. Dezember) in Cell veröffentlicht wurden, zeigen, dass MeCP2 im gesamten Genom an einzelnen Punkten bindet, die bei Mäusen mit der chemischen Substanz 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) markiert sind. Diese Interaktion könnte nun für das Verständnis des Rett-Syndroms von Bedeutung sein.

„[Die Studie ist] eine interessante neue Entwicklung in der Erforschung der funktionalen Bedeutung von MeCP2, und wir sollten diese verstehen, wenn wir das Rett-Syndrom verstehen wollen“, sagt Bird, Professor für Genetik an der Universität von Edinburgh in Schottland, der nicht an dieser Arbeit beteiligt war.
Reichlich in der DNA bestimmter Hirnzellen vorhanden, scheint 5hmC ein Wegweiser für Arten von aktiven Punkten innerhalb des Genoms zu sein, d.h. jenen Regionen, die neues Protein ausschütten, so fand die Studie heraus. Dass MeCP2 nun an diesen Stellen einrastet, spricht für seine potenzielle Rolle als Genaktivator, es sollte allerdings auch klar sein, dass die Frage, was MeCP2 im Einzelnen tut, damit noch nicht vollständig beantwortet ist.

„Ob MeCP2 direkt an der Aktivierung beteiligt ist oder nicht, muss weiter erforscht werden. Aber wir wissen, dass es sich in Regionen, die 5hmC und aktive Gene enthalten, positionieren kann“, sagt Skirmantas Kriaucionis, Gruppenleiter der medizinischen Abteilung Nuffield an der Universität Oxford, welcher die Studie zusammen mit Nathaniel Heintz von der Rockefeller Universität in New York leitete.
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

heintz-skiri

Podcast mit Skirmantas Kriaucionis

::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
Auffindung von 5hmC
Als postdoktoraler Forscher im Labor von Heintz hat Kriaucionis eher zufällig im Jahr 2009 5hmC entdeckt, als er der Frage nachging, wie eine eng verwandte Substanz, 5-Methylcytosin (5mC), die Genomstruktur in Hirnzellen beeinflusst. Ein Forscherteam um Anjana Rao an der Harvard Medical School, das unabhängig von Heintz’ Labor arbeitete, bestätigte dann die Existenz von 5hmC in der gleichen Ausgabe des Journals.

Die Forschung betrachtet 5mC als fünfte Base und 5hmC als sechste Base der DNA, die traditionell als ein Strang aus vier verschiedenen chemischen Substanzen, den so genannten Nukleotiden, angesehen wird. 5mC und 5hmC ähneln der traditionellen Base Cytosin, mit einer weiteren Methylgruppe allerdings entsteht 5mC, und mit einer Hydroxidgruppe zusätzlich am Methyl entsteht 5hmC. Die neue Studie bestätigte, dass Muster dieser chemischen Veränderung am Genom in jeder Zelle anders sind und dass sie Einfluss darauf haben, welche Gene wann ein- oder ausgeschaltet werden.

Die Entdeckung von 5hmC hat ein neues Arbeitsfeld eröffnet und zu Hunderten neuer Artikel geführt, die sich mit der Frage befassen, wo sich das Nukleotid in den Genomen verschiedener Zelltypen befindet und was es dort tut.

In der neuen Studie, die eine explorative Molekularprobe verwendete, um nach einem Bindepartner für 5hmC zu suchen, identifizierte das Team jenes Molekül als MeCP2 und als nichts Anderes. „Es war wirklich eine Überraschung“, so Kriaucionis.
„Dieser Artikel ist der Zweite, der einen Kandidaten als Bindungsprotein für 5hmC vorschlägt“, sagt Rao, heute Professorin für Signal- und Genexpressionsforschung am La Jolla-Institut für Allergologie und Immunologie, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. Weitere Erkenntnisse haben ein anderes Molekül, MBD3, als Kandidaten vorgeschlagen, doch jene und die neuen Ergebnisse brauchen weitere Untersuchungen, fügte sie hinzu.

„Bisher binden beide Kandidaten — MBD3 and MeCP2—gleichermaßen an 5mC. Ein exklusives Bindungsprotein für 5hmC hat sich noch nicht als solches zu erkennen gegeben“, sagt Rao.

Im Widerspruch zu den neuen Nachweisen, dass MeCP2 gleichermaßen an 5hmC und 5mC bindet, zeigen frühere Studien, dass MeCP2 bevorzugt an 5mC bindet, und weniger an 5hmC. Beispielsweise zeigt eine Studie aus diesem Jahr, dass MeCP2 etwa zwanzigmal eher an 5mC bindet als an 5hmC.

Der Zusammenhang mit Rett

In der neuen Studie beobachteten Kriaucionis und seine Kollegen, dass eine bestimmte Mutation, die Rett auslöst, mit dem Namen R133C, die Bindung von MeCP2 an 5hmC stört. Diese Mutation ist verantwortlich für einen vergleichsweise milden Verlauf des Rett-Syndroms.

„[Die R133C-Mutation] ist wirklich interessant, da sie uns die Spekulation erlaubt, die Bindung von MeCP2 an 5hmC sei wichtig als Teil der Funktion, die das Rett-Syndrom verursacht“, sagt Kriaucionis.

Die aktuellen Erkenntnisse legen die mögliche Involviertheit von 5hmC bei Rett nun „sehr nahe“, sagt Peng Jin, institutsangehöriger Professor der Humangenetik, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. Eine in Nature Neuroscience letztes Jahr von seinem Team veröffentlichte Studie stellte fest, dass Muster von 5hmC bei Mausmodellen für Rett verändert erscheinen.

Interessanterweis dämpft die R133C-Mutation die Interaktion von MeCP2 und 5mC nur leicht, was den Schluss zulässt, dass die Bindung von MeCP2 an 5mC einen anderen Zweck hat als die Bindung von MeCP2 an 5hmC.

Andere Rett auslösende Mutationen an MeCP2, die von diesem Team untersucht wurden, scheinen die Bindung an 5hmC nicht zu berühren, was bedeutet, dass die 5hmC-Bindung die Rett-Symptome nicht vollständig erklärt. „Es wird wichtig sein weiter zu testen, inwieweit 5hmC zum Rett-Syndrom beiträgt“, hält Jin fest und fügt hinzu, dass im Moment keine Mausmodelle dafür zur Verfügung stehen. Entsprechende Mutantenmäuse verfügen nicht über die Enzyme, die für die Umwandlung von 5mC zu 5hmC benötigt werden.

In der neuen Studie untersuchten die Wissenschaftler nur einige Typen Nervenzellen, doch es gibt Hunderte von Zelltypen im Gehirn. Kriaucionis vermutet, dass MeCP2 in anderen Zellen an 5hmC bindet.

Die Muster von 5hmC selbst sind jedoch zellspezifisch, was die Geschichte von MeCP2 möglicherweise verkompliziert.

„Wir brauchen wirklich mehr Daten, um zu verstehen, ob die Lokalisierung von 5hmC und MeCP2 in verschiedenen Zelltypen anders wäre, und wenn ja, wie sehr“, sagt Kriaucionis. „Es ist eine wichtige Komponente für das Verständnis der Funktion von MeCP2.“ Und sicher auch dafür, wie Wissenschaftler über künftige Behandlungsmöglichkeiten denken werden.

A Mouse in the House

20. August 2012 in Uncategorized | Tags: Rett Syndrom Deutschland
von Monica Coenraads
Es wäre nicht einfach, das, was wir bisher durch die Mausmodelle für Rett gelernt haben, zu hoch einzuschätzen. Immerhin wüssten wir ohne sie nicht, dass Rett reversibel ist.
mouse
Es mag überraschend sein, dass es kein einzelnes Mausmodell für Rett gibt, sondern eher vielfältige Modelle, von “KO” oder “Knockout”-Mäusen, die absolut kein MeCP2 haben bis hin zu denen, bei denen exakt die gleichen MeCP2-Mutationen dupliziert wurden, die auch Menschen haben, wenn sie am Rett-Syndrom leiden.
Die Jackson Laboratories in Bar Harbor, Maine liefern gegenwärtig fast ein Dutzend Mausmodelle für Rett. Jackson (oder Jax, wie sie von den meisten Wissenschaftlern genannt werden) ist eine Non-Profit-Organisation, die sich dieser Arbeit widmet, um die Erkenntnisse über die menschliche Krankheit zu vertiefen. Obwohl kein Tiermodell die menschlichen Symptome oder Reaktionen perfekt abbildet, existieren doch 95% unserer genomischen Information auch bei Nagetieren. Jax führt eigene Forschung durch und züchtet und verwaltet Kolonien tausender Modelle und gewährleistet so eine außerordentliche Sorgfalt und den Blick für Details auf diesem sensiblen Gebiet.
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
jax-lab-logo
Wenn Sie mehr über Jax erfahren wollen, lesen sie bitte den älteren Artikel, Of Mice and Men…Or in the Case of Rett…Of Mice and Women.
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
Ein sicherer Zugang zu den verschiedenen Modellen für das Rett-Syndrom ist von wesentlicher Bedeutung, wenn die Forschung Fortschritte machen soll, und dies ist ein Gebiet, an dem sich der RSRT und sein Vorläufer RSRF seit der Bekanntmachung der ersten Tiermodelle 2001 aktiv beteiligen. Diese ersten Modelle wurden vom RSRT-Mitglied und Berater Adrian Bird und von Rudolf Jaenisch vorgestellt.
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
Von der Jax-Website: “Partners in the fight against Rett syndrome,” ein Bericht darüber, wie Monica Coenraads, Mutter einer Tochter mit Rett-Syndrom und Mitbegründerin zweier Organisationen für dessen Behandlung, zusammen mit Dr. Cathy Lutz an der Entwicklung und Verteilung neuer Mausmodelle für das Rett-Syndrom arbeitet.
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
Es ist nicht immer üblich, Mausmodelle Kollegen zur Verfügung zu stellen, wie dieser Artikel über ein Mausmodell für das Angelman-Syndrom verdeutlicht. Wir haben wirklich großes Glück, dass die Forscher auf dem Gebiet von Rett ihre Modelle stets schnell und in alle Richtungen geteilt haben. Adrian Bird, Rudolf Jaenisch und Huda Zoghbi haben beispielhafte Maßstäbe gesetzt, indem sie ihre eigenen Mausmodelle zum Zeitpunkt der Veröffentlichung zur Verfügung gestellt haben.
In einigen Fällen ging das Teilen sogar der Veröffentlichung voraus. Im vergangenen Jahr berichtete Nature über den Fall einer Rett-Maus, die von Novartis entwickelt wurde. Das Modell wurde genetisch manipuliert, so dass das Rett-Protein leuchtete und entsprechend visuell verfolgt werden konnte. Viele Forscher drängten auf einen Zugang zu diesem Modell, was ihnen aufgrund rechtlicher Probleme verwehrt war. (Den Nature-Artikel – Licence rules hinder work on rare disease. Animal model off-limits to Rett syndrome researchers. finden Sie hier). Ich wusste, dass Adrian Bird ein eigenes Modell entwickelt hat, nachdem ihm der Zugriff auf das vorhandene verweigert worden war, und fragte ihn, ob er bereit sei, es über Jax mit der Forschergemeinde zu teilen. Er stimmte sofort zu, obwohl er bis zu diesem Zeitpunkt noch nichts veröffentlicht hatte. Die entsprechende Maus steht nun jedem Forscher weltweit zur Verfügung, wenn sie gebraucht wird.
Abgesehen davon, dass uns die Modelle über die molekularen Grundlagen der Krankheit aufklären, können sie auch für Behandlungstests eingesetzt werden. Wir haben alle davon gehört, dass sich Medikamente, die erfolgreich an Mäusen getestet wurden, später bei Menschen als unwirksam erwiesen haben. Entsprechend sind die kommenden Jahre sehr spannend, da wir gerade erforschen, welche Vorhersagen sich auf der Basis von Mausmodellen für Rett überhaupt machen lassen.

Lebenszyklen und MeCP2

15. Juni 2012 in Uncategorized | Tags: Adrian Bird, Helene Cheval, Huda Zoghbi, Jacky Guy, MECP2, Monica Coenraads, rett, rett syndrome, Rett Syndrome Research Trust, RSRT, University of Edinburgh
Rett Syndrome Research Trust Website
Adrian Bird und Kollegen haben kürzlich ihre letzte Arbeit über MeCP2 im Fachjournal Human Molecular Genetics veröffentlicht. Die im Artikel beschriebene Experimentreihe sollte Klarheit darüber bringen, was passiert, wenn das MeCP2-Protein bei Mäusen verschiedenen Alters entfernt wird, auch bei einer komplett erwachsenen Maus. Diese Arbeit wurde vom RSRT mitfinanziert, und es gab ebenso großzügige Unterstützung vom RSRT UK, der Rett Syndrome Research & Treatment Foundation (Israel) und anderen Organisationen , die unsere Forschungsvorhaben finanziell unterstützen.
Unten finden Sie Auszüge aus dem Gespräch mit den federführenden Autorinnen Hélène Cheval und Jacky Guy.
june12-image
(Bildtext: Postnatale Inaktivierung zeigt einen erhöhten Bedarf an MECP2 in bestimmten Altersspannen. Human Molecular Genetics, online veröffentlicht am 31. Mai)
Jacky Guy (ganz rechts), Hélène Cheval (zweite von rechts) mit Adrian Bird und anderen Labormitarbeitern. Universität Edinburgh, Schottland
MC Dr. Cheval, Sie sind ausgebildete Neurowissenschaftlerin. Was brachte Sie zum Bird-Labor, das doch sehr auf der Basis von Biochemie arbeitet, und wo Sie die einzige Neurowissenschaftlerin sind?
HC Mein letztes Labor, das von Serge Laroche, ist ein reines Labor für Neurowissenschaften, wo man sich sehr auf Lernen und Gedächtnis konzentriert. Ich dagegen habe eigentlich Biochemie betrieben und war sehr interessiert herauszufinden, wie man vom Molekül bis zum Verhalten kommt, und was mich auch sehr interessierte, war Chromatin. Ich hatte den Artikel über Umkehrung, der 2007 vom Bird-Labor veröffentlicht worden war, gelesen und dachte, das sei eine der interessantesten Arbeiten, die ich je gesehen hatte. Als ich meinen Doktortitel erhielt, bewarb ich mich um eine Post-Doc-Stelle. Ich war überzeugt, dass das für mich eine enorme Erfahrung sein würde, aber auch, dass das Labor vielleicht davon profitieren könnte, jemand mit einem neurowissenschaftlichen Hintergrund zu haben. So kam ich 2009 zum Labor dazu.
MC Dr. Guy, Sie waren erstmalig 2001 an einem Artikel über das Rett-Syndrom beteiligt. In dieser Arbeit wurde das Knockout-Modell für MeCP2 bei Mäusen vorgestellt, das im Labor geschaffen wurde. Es handelt sich um das Modell, das inzwischen in Hunderten von Laboren weltweit verwendet wird.
JG Ich kam 1997 an das Labor. Mein erstes Projekt waren bedingte Mausmodelle für Mecp2, d.h. Mäuse, bei denen man das Protein nach Wunsch entfernen kann. Zu diesem Zeitpunkt wussten wir noch nichts über die Verbindung zwischen MECP2 und dem Rett-Syndrom. Das stellte sich heraus, während ich an dem Projekt mitarbeitete. Eine wirklich spannende Zeit.
MC Es ist ungewöhnlich, dass jemand so lange an einem Labor bleibt. Das verschafft Ihnen ein faszinierendes, tiefes und kontinuierliches Wissen über das Fachgebiet.
JG Stimmt, ich habe einen eher ungewöhnlichen Weg eingeschlagen. Mir gefällt die Tätigkeit am Arbeitstisch, und ständig im gleichen Fachgebiet arbeiten zu können war großartig für mich.
MC Dr. Guy, vielleicht können Sie uns in das Thema einführen. Was waren die Leitfragen, die Sie mit dieser Reihe von Experimenten beantworten wollten?
bird_print_finals-181
Jacky Guy
JG Dies war wirklich ein Experiment, das wir schon lange durchführen wollten. Wir wollten immer definieren, wann genau MeCP2 wichtig ist. Rett wurde lange als Störung der neuronalen Entwicklung betrachtet. Da Rett für uns völlig neu war, dachten wir, dass es vielleicht nicht mit der neuronalen Entwicklung zusammen hängt. Entsprechend haben wir anfangs das Protein in verschiedenen Altersstufen entfernt, um zu sehen, was passiert. Das Protein zu entfernen ist nicht so einfach, wie etwa das Gen zu reaktivieren, was wir ja bei dem Umkehrungsexperiment bereits erreicht hatten. Wenn man das Gen reaktiviert, produziert es sofort Proteine. Doch in diesem Experiment muss man darauf warten, dass das Protein zerfällt, nachdem man das Gen deaktiviert hat. Wir haben herausgefunden, dass es etwa zwei Wochen dauert, bis die Menge des MeCP2-Proteins um die Hälfte zurückgeht.
HC Jackys Umkehrungsexperiment ließ vermuten, dass MeCP2 mit dem Erwachsenenalter zusammenhängt. Viele Artikel beschrieben Rett jedoch weiterhin als Störung der neuronalen Entwicklung. Wir wollten auch eine Annahme bestätigen, die wir alle im Labor teilten: MeCP2 wird während des gesamten Lebens gebraucht.
MC Das ist eine Annahme, die auch in Huda Zoghbis Science-Artikel geäußert wird. Sie hat gezeigt, dass ein Entfernen von Mecp2 bei erwachsenen Mäusen im Alter von neun oder mehr Wochen Rett-Symptome auslöst. Denken Sie, dass ihr Artikel und Ihre neuen Daten die Vorstellung, dass Rett eine Störung der neuronalen Entwicklung ist, ad acta gelegt haben?
HC Für mich ist völlig klar, dass es in erster Linie nichts mit neurologischer Entwicklung zu tun hat.
JG Ich denke, dass „in erster Linie“ hier ein Schlüsselwort ist. Die Phänotypen, die wir bei Mäusen analysieren, sind recht einfach zu sehen. Es sind z.B. die Lebensdauer, die Atmung oder der Gang. Vielleicht gibt es tiefer liegende Dinge, die wir nicht beobachten, oder die nichts mit dem Protein-Knockout im Erwachsenenalter zu tun haben. Außerdem untersuchen wir keine kognitiven Aspekte. Also können wir die Möglichkeit nicht komplett ausschließen, dass es da vielleicht ein paar Dinge gibt, die ihren Ursprung in der neuronalen Entwicklung haben und dass wir sie in diesen Experimenten schlicht nicht sehen.
key-results
(Bildtext:
Hauptergebnisse:
– MeCP2 wird ein Leben lang gebraucht
– MeCP2-Stufen sind während des Erwachsenenalters konstant
– Die Halbwertzeit von MeCP2 beträgt etwa 2 Wochen
– Die Zeitspannen zwischen der Deaktivierung des Proteins und dem Beginn der Symptome variieren im Zusammenhang mit dem Lebensalter
– Es gibt zwei Zeiträume, in denen MeCP2 bei Mäusen entscheidend ist: nach etwa 11 und nach etwa 39 Wochen
– Eine Reduzierung der MeCP2-Stufen löst ernste Symptome aus, egal zu welcher Zeit
– Leichte Erhöhungen des MeCP2-Proteins könnten zu therapeutischen Fortschritten führen)
JG Mecp2 kann zerstört werden, indem man die Maus in gleicher Weise mit Tamoxifen behandelt, wie das Protein in der Arbeit über die Umkehrung reaktiviert wurde. Für diesen Artikel wählten wir drei verschiedene Zeitpunkte, um das Gen abzuschalten: drei Wochen (zu diesem Zeitpunkt werden die Mäuse entwöhnt und beginnen unabhängig zu leben), elf Wochen und zwanzig Wochen. In allen drei Szenarien konnte das Tamoxifen Mecp2 in etwa 80% der Zellen auslöschen.
Man könnte erwarten, dass es eine bestimmte Zeitspanne braucht, bis das Protein verschwindet, und dies unabhängig vom Lebensalter, in dem man das Gen auslöscht. Danach sollten dann die Auswirkungen eintreten, die für ein Nichtvorhandensein des Proteins typisch sind.
Tatsächlich fanden wir aber heraus, dass die Zeitspanne bis zum Auftreten der Symptome in Abhängigkeit von dem Lebensalter, in dem wir das Gen deaktiviert haben, variiert. Es dauerte länger bis zum Auftreten der Symptome, als wir Mecp2 im Alter von drei Wochen deaktiviert haben. Als wir MeCP2 bei älteren Mäusen entfernten, traten die Symptome schneller auf. Es sieht also so aus, als könnten jüngere Mäuse ohne MeCP2 länger symptomfrei leben. Offensichtlich gibt es eine bestimmte Phase, in der der Bedarf an MeCP2 bei Mäusen wichtiger wird. Dies ist die erste entscheidende Phase, über die wir in dem Artikel sprechen. Sie liegt ungefähr um elf Wochen herum.
june12-image-group1
Dr. Cheval und Dr. Guy mit Prof. Bird und anderen Labormitarbeitern
Als wir die Mäuse studierten, die zu allen drei Zeitpunkten behandelt wurden, sahen wir, dass sie alle etwa zur gleichen Zeit starben, ungefähr mit 39 Wochen. Es spielte keine Rolle, wann MeCP2 entfernt wurde. Daraus konnten wir schließen, dass diese Zeitspanne um ungefähr 39 Wochen herum eine weitere entscheidende Phase bezüglich des Bedarfs an MeCP2 darstellt. Die gleiche Zeitspanne entspricht ungefähr dem mittleren Lebensalter beim Menschen. Wir denken, dass MeCP2 möglicherweise eine Rolle beim Erhalt des Gehirns spielt, wenn dieses altert.
Interessanterweise beginnen weibliche Mäuse mit einem MeCP2-Defizit von ca. 50% in ihren Zellen innerhalb dieses Zeitfensters von etwa 39 Wochen, Symptome zu zeigen. Die männlichen Mäuse mit null MeCP2 schaffen es nicht bis zur ersten kritischen Phase von ungefähr elf Wochen. Entsprechend erlauben etwa 20% normal exprimierender Zellen ein Überleben der ersten entscheidenden Phase, nicht aber der zweiten.
MC Ich habe Klinikpersonal sagen hören, dass 30- und 40-jährige bez. noch ältere Frauen mit Rett älter aussehen, als sie sind. Jetzt frage ich mich, ob dies mit Ihrer Annahme, MeCP2 habe etwas mit dem Alterungsprozess zu tun, zusammenhängt. Natürlich wissen wir nicht, ob das vorzeitige Altern erst- oder zweitrangig ist. Es könnte auch mit den Auswirkungen eines chronischen Leidens über viele Jahre zusammenhängen.
JC Wir haben ein ziemlich großes Interesse, mehr über die potenziell späte Verschlechterung bei Frauen mit Rett zu erfahren, aber bisher wurde wenig über dieses Thema veröffentlicht.
MC In Ihrem Artikel werden zwei möglicherweise entscheidende Punkte benannt. Da gibt es einmal die Tatsache, dass die Halbwertzeit des MeCP2-Proteins zwei Wochen beträgt. Das könnte für einen Ansatz im Zusammenhang mit dem Ersetzen des Proteins bedeutsam und ermutigend sein.
JG Dies hatten wir mit Sicherheit im Hinterkopf, als wir das Experiment durchführten. Die Halbwertzeit von MeCP2 ist länger, als wir erwartet hatten. Das könnte tatsächlich verheißungsvoll für eine Proteinersatztherapie sein. Einen Vorbehalt gibt es allerdings; was wir gemacht haben, war ein Massenexperiment am Hirn. Es ist sehr gut möglich, dass es zu verschiedenen Ergebnissen kommt, wenn man stellenweise im Gehirn schaut oder nach einzelnen Zelltypen.
MC Die andere, möglicherweise klinisch relevante Information stammt aus dem Vergleich der Schwere der Symptome, die in dieser Studie bei den Mäusen beobachtet wurden, mit denen der erwachsenen Knockout-Mäuse im Zoghbi-Labor, sowie aus dem hergestellten Zusammenhang von Symptomen mit der Menge des MeCP2-Proteins. Ihre Experimente ergaben 3% mehr Protein und führten zu weniger schwerwiegend betroffenen Tieren. Können Sie das näher erläutern?
HC Dass ein derart kleiner Unterschied in der Proteinmenge so bedeutende Auswirkungen auf das Überleben hat, war nicht erwartet und könnte in der Tat für therapeutische Eingriffe relevant sein. Vielleicht müssen wir das Protein gar nicht auf die Stufe des wild lebenden Typs bringen, um einen Effekt zu erzielen. Es wäre möglich, dass schon kleine Steigerungen sehr hilfreich sind.
MC Ich gratulieren Ihnen beiden zu dieser Veröffentlichung. Das Bird-Labor hat bereits zahlreiche zukunftsweisende Beiträge zum Gebiet der Rett-Forschung geleistet. Normalerweise erhält die Gemeinde der Rett-Eltern keinen Einblick in die Experimente der Forscher, die ihre tägliche Arbeit machen. Entsprechend erfreut bin ich, unseren Lesern die Möglichkeit zu verschaffen, Sie ein wenig kennen zu lernen. Ich freue mich sehr auf die nächste Veröffentlichung und wünsche alles Gute für Ihre weitere Arbeit.
::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
Fotos mit freundlicher Genehmigung von Kevin Coloton