Dr. Downs schwachsinniges Chromosom
Einer flog über das Kuckucksnest war der Titel des Romans des amerikanischen Schriftstellers Ken Kesey. Basierend auf dieser Arbeit wurde ein wunderbarer Film gedreht. Es scheint, dass damals viele Menschen zum ersten Mal vom Down-Syndrom gehört haben, obwohl heute nur sehr wenige wissen, was es wirklich ist.
Dieses Syndrom wurde erstmals vom englischen Arzt Langdon Down (John Langdon Haydon Down, 1828-1896) beschrieben. 1866 beschrieb er in seiner Arbeit Beobachtungen zu einer ethnischen Klassifikation von Idioten die morphologischen Merkmale von Menschen mit geistigen Behinderungen. Ein solches Kind unterscheidet sich äußerlich von anderen Kindern: Es hat eine schräge Augenform, einen kleinen Kopf, ein flaches Gesicht, einen unregelmäßigen Biss, kurze Arme und Beine. Er hat die Bewegungskoordination und den schlechten Muskeltonus beeinträchtigt.
Dr. Down listete nicht nur die äußeren Merkmale im Detail auf, sondern stellte auch fest, dass Kinder häufig Herz- und endokrine Defekte haben und dass Kinder mit Behinderungen lernen. Down wies auf die Bedeutung der Artikulationsgymnastik für die Entwicklung ihrer Sprache sowie auf die Nachahmungsneigung der Kinder hin, die zu ihrem Lernen beitragen kann. Langdon Down stellte korrekt fest, dass dieses Syndrom angeboren ist, assoziierte es jedoch fälschlicherweise mit elterlicher Tuberkulose. Im Jahr 1887 veröffentlichte Down eine vollständigere Monographie "Psychische Erkrankungen von Kindern und Jugendlichen" ("Über einige der psychischen Probleme von Kindheit und Jugend"). Später wurde das Syndrom der geistigen Behinderung nach Dr. Down benannt.
Langdon Down glaubte fälschlicherweise, dass die geistige Behinderung des Kindes mit elterlicher Tuberkulose zusammenhängt. Heute ist bekannt, dass das Risiko, ein Baby mit Down-Syndrom zu bekommen, vom Alter der Mutter abhängt. Im Laufe der Jahre steigt die Anzahl genetischer Fehler und das Risiko, ein krankes Kind zu bekommen. Bei Frauen unter 25 Jahren beträgt die Wahrscheinlichkeit, ein krankes Kind zu bekommen, 1/1400, bis 30 - 1/1000, bei 35 Jahren steigt das Risiko auf 1/350, bei 42 Jahren - bis 1/60 und bei 49 Jahren - bis 1 / 12. Seltsamerweise ist auch das Alter der Großmutter mütterlicherseits wichtig. Je älter die Großmutter war, als sie ihre Tochter zur Welt brachte, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie ihren Enkel oder ihre Enkelin mit Down-Syndrom zur Welt bringt
Langdon Down gab auch ein erstaunliches Beispiel für einen seiner Patienten, der mit einem mongoloiden Gesicht und anderen charakteristischen Skelettstörungen dennoch ein erstaunliches Gedächtnis hatte und dem Arzt riesige Passagen aus dem Grundwerk des berühmten britischen Historikers Edward Gibbon (1737-1794) vorlas. "Der Niedergang und Fall des Römischen Reiches." Heute möchten wir anhand dieses Beispiels feststellen, dass die Pathologie beim Down-Syndrom im Gegensatz zur Alzheimer-Krankheit nicht den Gyrus des Seepferdchens oder den Hippocampus betrifft, der sich tief in den Temporallappen des Gehirns befindet und die Hauptstruktur des limbischen Systems darstellt. Eine Schädigung des Hippocampus beim Menschen beeinträchtigt das Gedächtnis für Ereignisse, die kurz vor dem Schaden, dem Auswendiglernen, der Verarbeitung neuer Informationen und dem Unterschied in den räumlichen Signalen liegen.
Drittes Rad
Fast ein Jahrhundert nach der Beschreibung des Syndroms konnten Wissenschaftler die Anzahl der menschlichen Chromosomen immer noch nicht zählen. Schließlich wurde dies getan, und Ärzte, die sich zu ihrer Überraschung mit dem Problem der Downs befassten, stellten fest, dass die Pathologie des Gehirns und des Gesichtsskeletts durch die sogenannte Trisomie oder das Vorhandensein von drei Chromosomen des 21. Paares verursacht wurde. Die Ursache der Krankheit ist eine Verletzung des Prozesses der Chromosomendivergenz während der Bildung von Gameten (Eiern und Spermien), wodurch das Kind von der Mutter (in 90% der Fälle) oder vom Vater (in 10% der Fälle) ein zusätzliches 21. Chromosom erhält.
Später stellte sich heraus, dass das Down-Syndrom auch in Gegenwart einer normalen Anzahl von Chromosomen des 21. Paares auftreten kann, dh zwei. In diesem Fall tritt jedoch eine Verdoppelung oder Verdoppelung eines Abschnitts eines der Chromosomen auf, wodurch ein anamales Fragment eines Chromosoms mit einer unbestimmten Anzahl unbekannter Gene auftritt. Erst nach Abschluss der Arbeiten zur Entschlüsselung des menschlichen Genoms begann sich das Bild allmählich zu klären.
Das Enzym ist suggestiv
Der Hauptdurchbruch beim Verständnis der genetischen Natur der Krankheit war mit der Entdeckung eines unbekannten Proteins verbunden. Es hatte ausgeprägte enzymatische Eigenschaften, die während der Untersuchung des genetischen Hintergrunds für die Entwicklung von Zellen des Immunsystems (T-Lymphozyten) nach ihrer Aktivierung mit verschiedenen Antigenen entdeckt wurden. Zu den T-Lymphozyten gehören insbesondere "Helfer", die die Immunantwort auslösen.
In aktivierten Lymphozyten steigt die Konzentration des sogenannten Kernfaktors NFAT an, der vom Zytoplasma in den Zellkern gelangt und die Immunabwehrgene "einschaltet". Eines dieser Gene ist ein Stück DNA, das einen Proteinkanal codiert, durch den Calciumionen in das Zytoplasma gelangen. Eine Erhöhung der Calciumkonzentration in aktivierten T-Lymphozyten löst deren Entwicklung und Teilung aus, daher den Immunprozess selbst.
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Das Down-Syndrom ist mit genetischen Anomalien im 21. Chromosomenpaar verbunden. Dabei spielt das kürzlich untersuchte DYRK-Enzym eine wichtige Rolle, dessen Gen sich in unmittelbarer Nähe der „kritischen Zone des Down-Syndroms“befindet. Kunst von: Lawrence Berkeley National Laboratory
Die RNA-Interferenzmethode, die die "Interferenz" kleiner RNA-Moleküle beinhaltet, die mit Hilfe spezifischer Enzyme Long-Messenger-RNA-Moleküle zerstören, die genetische "Befehle" vom Kern zum Zytoplasma tragen, ermöglichte es, einige Gene "auszuschalten" und den gesamten Prozess im Detail zu untersuchen.
Zu diesem Zeitpunkt wurde ein unbekanntes Protein entdeckt - das Enzym Kinase mit doppelter Funktion, und es wurde "duale spezifische Kinase" (DYRK) genannt. Einerseits "löscht" es die Aktivität von Calcineurin, wodurch der Kernfaktor NFAT im Zytoplasma erhalten bleibt, und andererseits unterdrückt es den Kernfaktor NFAT selbst und verhindert dessen Aktivierung durch andere Enzyme.
Die Entschlüsselung dieses erstaunlichen Phänomens hat die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf sich gezogen. Charles A. Hoeffer, M. D. vom Baylor College of Medicine, Houston, Asim Dey, Southwestern Medical Center der Universität von Texas, und Ihre Kollegen stellten in einer 2007 im Journal of Neuroscience veröffentlichten Studie fest, dass sich das DYRK-Gen auf Chromosom 21 in unmittelbarer Nähe der kritischen Zone des Down-Syndroms befindet. Nach der Entdeckung von DYRK wurde klar, warum neben psychischen Störungen und Skelettanomalien auch Immunstörungen beim Down-Syndrom beobachtet werden.
Die Forscher konstruierten ein Mausmodell des Down-Syndroms, indem sie die NFAT- und Calcineurin-Gene deaktivierten. Das "Ausschalten" dieser wichtigsten Zellregulatoren führte zur Geburt von Mäusen mit charakteristischen Veränderungen nicht nur im gesamten Organismus, sondern auch in der Intelligenz. Wissenschaftler testeten die Fähigkeit von Mäusen, durch Labyrinthe zu navigieren und Sicherheitsinseln im Pool zu finden.
Die Forscher entdeckten Kinase mit doppelter Spezifität und Calcineurin, das besonders wichtig für die normale Entwicklung von Nervenzellen im Frontallappencortex ist, haben sich in Experimenten mit Mäusen bewährt. Diese Entdeckung bestätigt auch die Gemeinsamkeit der embryonalen Entwicklung des Nerven- und Immunsystems des sich entwickelnden Fötus.
Drei Chromosomen des 21. Paares. Abbildung: Nationales Institut für Humangenomforschung
Thomas E. Sussan, Annan Yang von der Medizinischen Fakultät der Johns Hopkins University und Kollegen haben ebenfalls mit einem Mausmodell des Down-Syndroms gearbeitet, um die Mechanismen des Krebswachstums zu verstehen. Im Januar 2008 wurden die Ergebnisse ihrer Forschung in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Wir sprechen über das sogenannte Protektor-Gen Ars, das uns normalerweise vor einer adenomatösen Polyposis des Dickdarms schützt, bei der Drüsenpolypen in der Schleimhaut des Dickdarms wachsen. Die Mutation des Ars-Gens „entfernt“den Schutz und ebnet damit den Weg für die Degeneration dieser Zellen und die Entwicklung von Tumoren.
Der Überraschung der Wissenschaftler waren keine Grenzen gesetzt, als sie feststellten, dass bei Hybriden von Mäusen mit Down-Syndrom und Mäusen mit dem mutierten Ars-Gen, die für Polyposis prädisponiert sind, Darmtumoren mit 44% signifikant weniger beobachtet wurden als bei der Kreuzung gesunder Mäuse und Mäuse mit dem mutierten Gen. Ars.
Daunenmäuse trugen drei Kopien ihres Chromosoms 16, das 50% der Homologen des 21. Paares menschlicher Gene enthält. Von besonderem Interesse waren Mäuse mit Down-Syndrom, in deren Genom von 16 Paaren nur 33 humane Homologe vorhanden sind. Das Ets-Gen hatte die größte Aktivität unter diesen „33 Helden“, deren Antitumorwirkung von der Anzahl seiner Kopien abhing. Die Abkürzung steht für "frühe Stadien der [krebsartigen] Transformation". Normalerweise ist das Gen auch ein hemmender Faktor für das Tumorwachstum, aber nach der Mutation beginnt das Gen im Gegenteil, das Tumorwachstum anzuregen und ist seit langem als Gen für die "Förderung" von Krebs bekannt. Es wurde in den Zellen von Brusttumoren bei Mäusen und dann beim Menschen entdeckt.
Wie so oft haben neue Entdeckungen das Bild des Ausbruchs des Down-Syndroms nicht geklärt, sondern nur noch mehr verwirrt. Wissenschaftler müssen noch genau herausfinden, wie das Syndrom, das sich in Form von kognitiven, Skelett- und Immunerkrankungen manifestiert, plötzlich mit Krebswachstum in Verbindung gebracht wurde. Heute ist bekannt, dass sich Krebs hauptsächlich vor dem Hintergrund einer mit zunehmendem Alter zunehmenden Immunschwäche entwickelt. Daher wird diese Krankheit auch als Alterskrankheit bezeichnet. Im Alter von 16 Jahren kann unser Thymus oder unsere Thymusdrüse auf hundert Millionen oder mehr Antigene reagieren. Mit 60 Jahren antwortet er nur noch auf zwei Millionen. Aber wie hängt das mit dem Tod von Neuronen zusammen, die sich, wie Sie wissen, überhaupt nicht teilen (nur wenige Stammzellen teilen sich), was zu einer geistigen Behinderung führt.
Bisher ist dies ein Rätsel unserer Biologie, das umso neugieriger ist, als seine Lösung mindestens vier Probleme klären kann - Immunität, Krebs, Skelettbildung und Lebensfähigkeit von Nervenzellen. Wir können nur warten, bis weitere Forschungen in diese Richtung in den ersten Lebensjahren zur molekularen Therapie für Kinder mit Down-Syndrom führen, wenn das Gehirn am besten in der Lage ist, Veränderungen vorzunehmen.
Igor Lalayants, 15.09.2008
