Nichtsyndromale Lippen-Kiefer-Gaumenspalten: Identifizierung des Pathomechanismus‘ am Risikolocus 1p36.13
Als nichtsyndromale Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (nsLKG) bezeichnet man Fehlbildungen des Gesichts, die nicht von anderen Anomalien (z. B. in Kognition oder Körperbau) begleitet sind.
Sie entstehen durch Defekte in der Embryonalentwicklung und haben genetische Ursachen. Verantwortlich ist jedoch nicht ein einzelnes Gen, vielmehr konnte man in den letzten Jahren mehr als 40 Stellen auf der DNA identifizieren, die mit den nsLKG assoziiert sind. In ihrer Mehrzahl liegen diese Loci aber nicht in Genabschnitten, die Proteine codieren, sondern in nichtcodierenden Bereichen, die vermutlich der Regulation benachbarter Gene dienen. Für diese Form der Genregulation ist die dreidimensionale Struktur des Komplexes aus DNA und Proteinen (Chromatin) von entscheidender Bedeutung. Einen mit der nsLKG assoziierten Locus, 1p36.13 genannt, konnte Dr. Ludwig in einer Metaanalyse identifizieren. Weiterhin hat Dr. Ludwig zwei Gene (CAPZB und NBL1) gefunden, die in der Nachbarschaft von 1p36.13 liegen und möglicherweise von diesem Abschnitt reguliert werden. Beide Gene sind während der Embryonalentwicklung in den sog. NCC-Zellen aktiv, aus denen später die Gesichtsstrukturen hervorgehen. Da die NCC-Zellen während der Embryonalentwicklung nicht unmittelbar zugänglich sind, hat die Wissenschaftlerin ein Zellkultursystem entwickelt, an dem sich die Vorgänge, die sich während der Embryonalentwicklung in solchen Zellen abspielen, nachvollziehen lassen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts wird der molekulare Mechanismus, durch den 1p36.13 zur Entstehung der nsLKG beiträgt, genauer untersucht. Zunächst entwickelt Dr. Ludwig mit zellbiologischen Methoden weitere NCC-Zellkulturlinien mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund. Mit Hilfe dieser Zellen sollen dann mit gentechnischen, molekularbiologischen und cytogenetischen Methoden sowie mit Verfahren der Bioinformatik folgende Fragen beantwortet werden:
- In welcher dreidimensionalen Form liegt das Chromatin am Locus 1p36.13 vor? Gibt es hier Unterschiede je nach dem genauen genetischen Informationsgehalt der DNA?
- Interagieren die DNA-Abschnitte von 1p36.13 je nach ihrem Informationsgehalt unterschiedlich mit Genregulationsproteinen? Welches der beiden Gene CAPZB und NBL1 wird durch diese Interaktion stärker reguliert? Um was für Genregulationsproteine handelt es sich?
- Wie wirkt sich die gentechnische Entfernung des so identifizierten Zielgens auf die Zellen aus? Verändert sich insbesondere das Wanderungsverhalten, das für die Zellen während der Embryonalentwicklung charakteristisch ist? An welchen Stoffwechselwegen ist das Zielgen beteiligt?
Insgesamt möchte Dr. Ludwig zur Aufklärung der Entstehungsmechanismen der nsLKG beitragen. Die im Rahmen des Projekts entwickelten Methoden könnten sich später auch auf andere mit der Anomalie assoziierte DNA-Abschnitte anwenden lassen.