Biologie up-to-date NCL im Unterricht Susanne Helmig NCL-Stiftung Holstenwall 10 20355 Hamburg www.ncl-stiftung.de

Abb.: www.merian.fr.bw.schule.de

DNA Deoxyribo Nucleic Acid Desoxyribonukleinsäure in jedem Zellkern vorhanden in jeder Zelle eines Individuums gleich beim Menschen aufgeteilt in 46 Chromosomen Träger der Erbinformation Abb.: www.br-online.de Zelle Zellkern mit DNA

Die DNA Holme setzen sich zusammen aus sieht aus wie eine Wendeltreppe Holme setzen sich zusammen aus Zucker (Desoxyribose) und Phosphatgruppe die Sprossen bilden die 4 Basen (Nukleotide) A=Adenin und T=Thymin C=Cytosin und G=Guanin Kombination immer A T und C G Reihenfolge der Basen legt Reihenfolge der Aminosäuren fest Abb.: www.webmic.de

Die DNA während der Zellteilung (Mitose) Abb.: Air Academy High School Die zwei Meter lange DNA in jeder menschlichen Zelle ist auf 46 Stücke, die Chromosomen, verteilt. Bevor sich die Zelle teilt, wickeln sich diese Fäden auf und werden unter dem Mikroskop sichtbar.

„Sprache der Gene“ Wörter mit jeweils 3 Buchstaben = Codon Alphabet mit 4 Buchstaben: A,G,T,C Wörter mit jeweils 3 Buchstaben = Codon → 43 Möglichkeiten = 64 aber nur 20 verschiedene Aminosäuren → genetischer Code ist redundant Sätze von sehr unterschiedlicher Länge → Gene Dieser Code ist bei allen Lebewesen identisch → universell (mit wenigen Ausnahmen: Bakterien, Grünalgen, Mitochondrien)

Die Codesonne Abb.: www.u-helmich.de/bio/gen/reihe2/23/karte234.html (07.11.07)

Genetische Störungen = Mutationen (lat. mutare = ändern) Genommutation: Veränderung der Chromosomenzahl Chromosomenmutation: Veränderung der Chromosomen-struktur Genmutation: Molekulare Veränderungen Aber: Ohne Mutationen gibt es keine Evolution! Mutationen können positive Auswirkungen haben: z.B. Hetero-zygotenvorteil Sichelzellanämie-Malaria

Genommutation Gesamtzahl der Chromosomen ist verändert Euploidie: zusätzliche Chromosomen Aneuploidie: fehlende Chromosomen Ursache: spontan auftretende Fehlverteilung der Chromosomen bei der Meiose Bsp.: Down-Syndrom (Trisomie 21) Abb. nach: Dr. Kutsche, Labor für Molekulare Medizin

Chromosomenmutation Struktur einzelner Chromosomen ist verändert Deletion: Chromosomenstück geht verloren Translokation: Chromosomenstück wird verschoben Duplikation: Chromosomenstück wird verdoppelt Inversion: Chromosomenstück wird richtungsverkehrt wieder eingebaut Abb.: www.biologie.de/Bilddatenbank/?d=Schemata&pg=2 (07.11.07)

Genmutation Substitution: eine Base wird durch eine andere ausgetauscht Deletion: eine oder mehrere Basen gehen verloren Insertion: eine oder mehrere Basen werden eingefügt Abb. nach: Dr. Kutsche, Labor für Molekulare Medizin

Genmutation acg tcg gat tca tgc ccc tag ich sah den wal auf see synonyme Mutation: Gensequenz ändert sich nicht nicht-synonyme Mutation: Gensequenz ändert sich Missense: chem. verwandte AS (konservativ) chem. unterschiedliche AS (nicht-konservativ) Nonsense: Einbau Stopcodon ich stop den wal auf see acg tag gat tca tgc ccc tag ich sah den wal auf see acg tcg gat tca tgc ccc tag acg tcg gat cca tgc ccc tag ich sah den aal auf see ich sad enw ala ufs eef Abb. nach: Dr. Kutsche, Labor für Molekulare Medizin

Fehler im Erbgut führen oft, sofern überhaupt mit dem Leben vereinbar, zu den so genannten Erbkrankheiten Def.: eine Erkrankung geht ursächlich auf eine genetische Störung zurück, die seit der Empfängnis vorliegt Definition seltene Erkrankung: Eine Erkrankung ist nach einer europäisch gültigen Bestimmung dann als selten anzusehen, wenn weniger als 1 von 2000 Personen daran erkrankt. Insgesamt können also bis zu 40.000 Menschen in Deutschland an einer bestimmten seltenen Erkrankung leiden. Anzahl: Es gibt ca. 5000 dieser seltenen Erkrankungen Beispielsweise sind in Deutschland ca. 450 Kinder an NCL, Neuronaler Ceroid Lipofuszinose, erkrankt. weltweit 50.000 Betroffene

Was ist NCL? lysosomale Speicherkrankheit eine der häufigsten neurodegenerativen Krankheit des Kindesalters lysosomale Speicherkrankheit unlösliche Ablagerungen häufen sich in den Lysosomen an noch nicht klar, ob diese für das massenhafte Absterben der Nervenzellen verantwortlich sind beruht auf einem Defekt des Gens CLN3 (Chr. 16) > codiert für das lysosomale Membranprotein CLN3 (Funktion noch nicht vollständig geklärt) Gen ist häufig deletiert und somit das Protein verkürzt und funktionslos

Diploider Chromosomensatz des Menschen Quelle: www.uni-regensburg.de

Zahlen und Fakten zu NCL verschiedene Subtypen mit ähnlichen Symptomen, aber unterschiedlichen Auslösern (Mutationen) die Inzidenz (Anzahl der Neuerkrankungen): 1/30.000, 15-25 Kinder/Jahr die Prävalenz (Krankheitshäufigkeit): ca. 450 Kinder in Deutschland, weltweit 50.000

Zahlen und Fakten zu jNCL 1 von ca. 200 Erwachsenen ist heterozygoter, unauffälliger Träger des defekten Gens Wahrscheinlichkeit einer „Paarung“ zweier Träger 1:40000 momentan 160 Kinder mit jNCL in Deutschland bekannt Lebenserwartung 20-30 Jahre

autosomal-rezessiven alle Formen unterliegen einem autosomal-rezessiven Erbgang Autosom = nicht geschlechtsgebundenes Chromosom, 22 Paare beim Menschen rezessiv = beide Chromosomen müssen am Genort die Mutation tragen dominant = Mutation an einem Genort reicht aus wichtige Erbgänge und Beispiele: autosomal dominant: Chorea Huntington, Neurofibromatose, „Zungenrollen“ autosomal rezessiv: Albinismus, Phenylketonurie, Cystische Fibrose (Mucoviszidose), Taubstummheit, NCL X-chromosomal: Duchenne Muskeldystrophie, Hämophilie A

Die juvenile NCL, eine auto-somal rezessive Erkrankung P F1 F2 50% 25% 25% 50% männlich homozygot heterozygot weiblich

…und das ist die Folge!

Krankheitsverlauf bei der juvenilen NCL Verlust der Sehkraft Geistiger Abbau Wesensveränderung Sprachlicher Abbau Epilepsie Pflegebedürftigkeit (Rollstuhl, Bettlägerigkeit) Tod 6 8 10 15 25 Lebensjahre

Aufgabengebiete der NCL-Stiftung (gegründet 2002 vom Vater eines betroffenen Sohnes) Information: den Bekanntheitsgrad von NCL durch Aufklärungsarbeit erhöhen Forschung: medizinische Heilungsansätze für NCL entwickeln, bewerten und verfolgen Finanzierung: Forschungsarbeiten über Drittmittel finanzieren Fundraising: mit gezielter PR-Arbeit die Öffentlichkeit für seltene Krankheiten sensibilisieren und Spenden zu erhalten

Stammzelltherapie (R. Steiner, Portland: erste Stammzelltherapie für infantile und spät-infantile NCL-Kinder; klinische Testphase zur Sicherheitsprüfung, neuronale SZ aus Föten) Gewinnung von Stammzellen ∙aus Embryonen, die bei einer künstlichen Befruchtung gewonnen wurden (embryonale SZ) ∙aus abgetriebenen Föten (fetale SZ, die zu embryonalen SZ weiterentwickelt werden) ∙therapeutisches Klonen (Zellkerntransfer, adulte SZ) In Deutschland erlaubt das Embryonenschutzgesetz nur die Arbeit an embryonalen Stammzellen aus abgetriebenen Föten, die vor dem 01. Januar 2002 im Ausland hergestellt wurden („Stichtagsregelung“). Die Gewinnung adulter Stammzellen ist nicht gesetzlich verboten. Abb.: http://www.thieme-connect.com/bilder/dmw/ 200212/pp-317-2) 01.10.07

Stammzelltherapie (R. Steiner, Portland: erste Stammzelltherapie für infantile und spät-infantile NCL-Kinder; klinische Testphase zur Sicherheitsprüfung, neuronale SZ aus Föten) Stammzelltransplantation Die Zellen werden aus dem fetalen Ge-webe isoliert, aufgereinigt und mit dem Einsatz von Wachstumsfaktoren vermehrt sowie zur gewünschten Differenzierung veranlasst (in-vitro-Differenzierung). Bis zur Transplantation werden sie tief gefroren aufbewahrt. Anschließend erfolgt das Spritzen der Zellen direkt ins Zielgewebe. Hier handelt es sich um eine Therapieform, die nicht mit genetisch verändertem Material arbeitet. Abb.: http://www.thieme-connect.com/bilder/dmw/ 200212/pp-317-2) 01.10.07

Gentherapie Methode ∙Viren als Vektoren zur Einbringung des Gens in die Zellen, da sie ihr eigenes Erbgut in das Wirtsgenom integrieren können ∙Stammzellen werden dem Körper entnommen, vermehrt und mit Vektoren infiziert ∙Zellen, die das gesunde Gen enthalten, werden in den Patienten reimplantiert Abb.:(http://www.sciencegarden.de/berichte/200608/gentherapie/gentherapie.php) 26.09.07

Finanzierung der Stiftung fast ausschließlich durch Spendengelder (Charity-Dinner, Spendendosen, Aktionen wie Tombola und Versteigerung, Teddybärenverkauf, Waffelverkauf usw.)