Deutsch-Japanisches Konsortium entschlüsselt menschliches Chromosom 21

Deutsch-Japanisches Konsortium entschlüsselt menschliches Chromosom 21
Deutsch-Japanisches Konsortium entschlüsselt menschliches Chromosom 21
Anonim

Eine Grundlage für ein umfassendes Verständnis der Trisomie 21 (Down-Syndrom), einer der häufigsten genetischen Erkrankungen

Chromosom 21 ist eines der kleinsten der 23 verschiedenen menschlichen Chromosomen. Es wird mit Trisomie 21 in Verbindung gebracht, einer der häufigsten genetischen Erkrankungen (auch bekannt als Down-Syndrom). Eine zusätzliche Kopie von Chromosom 21 führt bei Kindern zu einer stark abweichenden körperlichen und geistigen Entwicklung, was zu einer geistigen Behinderung führt. Die Krankheit betrifft bis zu 1 von 700 Lebendgeburten. Eine internationale Kooperationsgruppe unter der Leitung deutscher und japanischer Wissenschaftler wird die Sequenz von Chromosom 21 in der Zeitschrift Nature (18. Mai 2000) veröffentlichen.Diese Arbeit wird ab dem 8. Mai auf der Nature-Website frei verfügbar sein. Mit diesen Erkenntnissen liefern die Wissenschaftler den Schlüssel für ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen der Trisomie 21 und anderer Erkrankungen, an denen das Chromosom 21 beteiligt ist, sowie für die Entwicklung neuartiger Diagnoseinstrumente.

Nach der erfolgreichen Sequenzierung von Chromosom 22 im Dezember 1999 durch eine Gruppe internationaler Wissenschaftler ist Chromosom 21 nun das zweite vollständig entzifferte menschliche Chromosom. Nahezu alle von Chromosom 21 codierten Gene wurden inzwischen durch computergestützte Analyse der Genomsequenz identifiziert. Diese enorme wissenschaftliche Anstrengung wurde durch eine internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus 5 Institutionen erreicht: RIKEN genomic science center, Sagamihara (Japan), das Department of Molecular Biology of Keio University, Tokyo (Japan), die GBF-Gesellschaft für Biotechnologische Forschung, Braunschweig (Deutschland), dem Institut für Molekulare Biotechnologie (IMB), Jena (Deutschland), und dem Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin (Deutschland).

Historisch gesehen begann die Sequenzierung von Chromosom 21 in den frühen 90er Jahren. Bis 1995 bildete sich das deutsch-japanische Konsortium mit dem Ziel, die Aufgabe der systematischen Sequenzierung aller 33.546.361 Basenpaare des Chromosoms 21 zu lösen. Insgesamt haben 170 Personen an diesem internationalen Projekt gearbeitet. Das Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft (BMBF) hat die deutschen Gruppen mit 23 Millionen D-Mark über 5 Jahre finanziert.

Basierend auf den Ergebnissen des Wissenschaftlers wissen wir heute, dass Chromosom 21 225 Gene enthält: 127 davon sind eindeutig charakterisierte Gene, während die restlichen 98 durch Computer-Genvorhersagen entdeckt wurden. Als Grundlage dieser Computermethoden nutzen die Wissenschaftler die Tatsache, dass den meisten menschlichen Genen charakteristische Strukturmuster gemeinsam sind. Das Computerscannen dieser charakteristischen Merkmale in der Chromosomensequenz ermöglicht es den Forschern, zu identifizieren, wo sich die kodierenden Regionen befinden. Von 103 der 127 charakterisierten Gene ist die Funktion bekannt, was bedeutet, dass das entsprechende Protein zuvor identifiziert wurde oder dass zumindest seine Aktivität in einem definierten biochemischen Weg bekannt ist.Das nächste Ziel der Forscher ist es, die verbleibenden neuartigen Gene detailliert zu charakterisieren und ihre Funktion zu finden. Einige von ihnen sind mit einer Reihe von genetischen Krankheiten verbunden, die auf Chromosom 21 abgebildet sind, für die jedoch noch keine Kandidatengene bekannt sind: verschiedene Formen von Taubheit, solide Tumore, eine Form von manisch-depressiver Psychose zum Beispiel.

Im Mittelpunkt des Interesses stehen die 14 bekannten Gene, die auf Chromosom 21 lokalisiert sind und bei denen genetische Veränderungen mit schweren monogenen Erkrankungen assoziiert sind. Dazu gehören die Alzheimer-Krankheit, eine besondere Form der Epilepsie, Autoimmunerkrankungen, aber auch eine erhöhte Anfälligkeit für Leukämie. Außerdem wird der Genkatalog von Chromosom 21 die Grundlage für die Identifizierung von Kandidatengenen liefern, die für genetische Krankheiten verantwortlich sind, die auf Chromosom 21 abgebildet werden, deren Ätiologie jedoch unbekannt ist. Dazu gehören zum Beispiel zwei Loci für Taubheit, eine Form der manischen Psychose und mehrere Formen von Krebs. Im Zusammenhang mit dem Down-Syndrom hoffen die Wissenschaftler, dass die Sequenzdaten in Zukunft eine Grundlage für die Forschungsentwicklung zum Design neuartiger diagnostischer Tests liefern werden.Für die Zukunft wird erwartet, dass alternative Tests bereitgestellt werden, um das hohe Risiko einer Amniozentese zu mindern.

Ein ganz anderes Thema, das lange diskutiert wurde, war die Schätzung der Anzahl von Genen und Proteinen bei Säugetieren. Mit einer Gesamtlänge von 3 bis 4 Milliarden Basenpaaren könnte das menschliche Genom im Prinzip mehr als 3 Millionen Proteine ​​kodieren, eine Zahl, die jedoch viel zu groß ist. Es ist seit langem bekannt, dass der Teil des Genoms, der für Gene kodiert, in bestimmten Regionen liegt, während der Rest ohne kodierende Information ist, was "viele Basenpaare, aber wenig Text" bedeutet. Die aktuelle Schätzung der Gesamtzahl menschlicher Gene liegt zwischen 80.000 und 140.000. Angesichts der hier von den Wissenschaftlern untersuchten Daten würde die Anzahl der Gene weit unter allen bisherigen Schätzungen liegen. Durch Extrapolation aus der Anzahl von 225 Genen, die von Chromosom 21 codiert werden, und von den 545 Genen, die von Chromosom 22 codiert werden, und unter Berücksichtigung der Größe des menschlichen Genoms, kann die Gesamtzahl menschlicher Gene nur 40.000 betragen.

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