Abstract
In jeder Zelle deines Körpers befindet sich DNA. Ein Teil dieser DNA sagt dem Körper, wie er Proteine herstellen soll. Ein großer Teil dieser DNA dient jedoch nicht der Herstellung von Proteinen und wird von manchen als „Junk-DNA“ bezeichnet. Eine kürzlich durchgeführte Forschungsstudie hat gezeigt, dass Variationen (Unterschiede zwischen Individuen) in einem bestimmten Teil der Junk-DNA das Krebsrisiko erhöhen können. Die Wissenschaftler untersuchten eine Art von Junk-DNA namens MSR1-Wiederholungen. Sie zeigten, dass MSR1-Wiederholungen am Ende von krebsverursachenden Genen hängen bleiben und „Schwänze“ bilden, und dass kürzere Schwänze das Risiko von Brust- und Prostatakrebs erhöhen. Dies ist ein aufregender Befund, denn er könnte eine bessere Diagnose und Behandlung von Krebs ermöglichen.
Im Inneren jeder Zelle unseres Körpers befindet sich ein langes, dünnes Molekül namens DNA. Die DNA ist deine persönliche Gebrauchsanweisung und sagt deinem Körper alles, was er wissen muss! Die DNA bestimmt deine Augenfarbe, deine Hautfarbe, wie groß du bist und sogar, ob deine Muskeln besser sprinten oder einen Marathon laufen können. Genau wie eine echte Gebrauchsanweisung sind die Anweisungen in der DNA in einer Reihe von Buchstaben geschrieben. In der DNA gibt es nur vier Buchstaben – A, T, G und C. Diese Buchstaben werden kombiniert, um die Anweisungen für Proteine zu buchstabieren. Proteine sind die Bausteine der Zellen. Ihr Gehirn, Ihr Herz und alle anderen Organe bestehen aus vielen verschiedenen Proteinen. Die DNA-Buchstaben, die zur Herstellung eines Proteins benötigt werden, werden als „Gen“ bezeichnet. Kannst du erraten, wie viele Gene ein Mensch hat?
Über 20.000!
Das ist richtig, in jeder Zelle deines Körpers gibt es über 20.000 Gene – jedes davon enthält die Anweisungen für ein anderes Protein! Die Gene sind entlang von Strukturen aufgereiht, die Chromosomen genannt werden. Chromosomen sind riesige DNA-Moleküle, die sehr eng zusammengerollt sind, um in die Zelle zu passen. Jede menschliche Zelle hat 23 Paare von Chromosomen. In Abbildung 1 siehst du, wie DNA, Gene, Chromosomen und Zellen zusammenhängen.
- Abbildung 1 – Du kannst dir jede Zelle als eine Bibliothek vorstellen.
- In der Bibliothek gibt es 23 Paare von Bücherregalen – und in der Zelle gibt es 23 Paare von Chromosomen. In den Regalen der Bücherregale stehen Bücher – jedes Buch ist ein Gen. In der Bibliothek gibt es von jedem Buch zwei Exemplare, denn die Bücherregale sind paarweise angeordnet, denk daran! Im Inneren des Buches stehen die Buchstaben A, T, C und G in vielen Kombinationen, die die Anweisung geben, wie man ein einzelnes Protein herstellt.
Die Gene sind ein geheimer Code für Proteine, deshalb werden sie manchmal „kodierende DNA“ genannt. Zwischen den Genen gibt es jedoch eine Menge anderer DNA-Buchstaben, die keine Proteine produzieren. Diese wird als „nicht codierende DNA“ bezeichnet, weil sie nicht Teil des geheimen Proteincodes ist. In der Vergangenheit dachten die Wissenschaftler, dass die Gene der einzige wichtige Teil der DNA sind. Sie nannten die nicht codierenden Teile „Junk-DNA“, weil sie sie für Müll hielten! Ein Teil der Junk-DNA ist sehr repetitiv und wiederholt dieselbe Buchstabenfolge immer und immer wieder – wir nennen dies Repeat-DNA. Ja, ich weiß – Wissenschaftler sind nicht sehr einfallsreich! Schauen Sie sich Abbildung 2 an, um zu sehen, wie die Junk-DNA um die Gene herum angeordnet ist.
- Abbildung 2 – Jedes Chromosom (Bücherregal) hat viele Gene (Bücher).
- Jedes Buch enthält den Geheimcode für ein Protein. Aber die Bücher (Gene) stehen nicht alle nebeneinander, sondern zwischen den Büchern liegen lose Blätter. Manchmal befinden sich die losen Blätter im hinteren Teil des Buches, wie ein Extra-Anhang. Die Blätter enthalten DNA-Buchstaben, aber sie sind nicht Teil des geheimen Proteincodes. Die Papierblätter sind die „Junk-DNA“. Einige der Wörter auf den losen Blättern sind sehr repetitiv, z. B. CAT, immer und immer wieder! Wenn sich eine Buchstabenfolge im Genom immer wieder wiederholt, nennen wir das „Wiederholungs-DNA“.
DNA-Variation
Haben Sie schon einmal einen Thesaurus benutzt? Dabei handelt es sich um ein spezielles Wörterbuch, in dem Wörter mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung aufgeführt sind. Wenn man zum Beispiel „groß“ im Thesaurus nachschlägt, könnte man „groß, massiv, enorm“ finden. Ich denke, du stimmst mir zu, dass die folgenden Sätze alle korrekt sind und die gleiche Bedeutung haben – auch wenn sie ein etwas anderes Wort verwenden:
Die Katze saß auf einer schmutzigen Matte.
Die Katze saß auf einer schmutzigen Matte.
Die Katze saß auf einer schlammigen Matte.
Das Gleiche kann in der DNA passieren. Erinnerst du dich daran, dass die Buchstabenfolge, die dem Körper sagt, wie er ein Protein herstellen soll, ein Gen genannt wird? Stellen Sie sich vor, Sie sehen sich die Buchstaben eines Gens bei vielen verschiedenen Menschen an. Die meisten Buchstaben wären bei jeder Person gleich, aber gelegentlich würde ein anderer Buchstabe verwendet werden, so wie man ein anderes Wort aus dem Thesaurus verwendet! Wenn Sie sich zum Beispiel ein Gen für die Augenfarbe ansehen, gibt es eine Version für blaue Augen, eine für grüne Augen, eine für braune Augen und eine für graue Augen. Die Buchstaben können leicht unterschiedlich sein, aber sie sind alle korrekte Versionen des Gens. Wir nennen diese kleinen, normalen Unterschiede „natürliche Variation“.
Junk-DNA und Krebs
Auch bei der Junk-DNA kann es natürliche Variation geben. Kürzlich haben Dr. Anna Rose und ihre Kollegen gezeigt, dass natürliche Variationen in der Junk-DNA das Krebsrisiko erhöhen können.
Krebs ist eine Krankheit, bei der einige Zellen in Ihrem Körper außer Kontrolle geraten. Sie teilen sich zu schnell und verursachen eine gefährliche Geschwulst, einen sogenannten Tumor. Krebs ist sehr häufig – vielleicht kennen Sie jemanden, der an Krebs erkrankt ist, oder Sie haben in den Nachrichten von Krebspatienten gehört. Krebs kann verschiedene Teile des Körpers befallen. Brustkrebs betrifft in der Regel Frauen, und etwa eine von acht Frauen wird irgendwann in ihrem Leben an Brustkrebs erkranken. Prostatakrebs betrifft Männer und ist genauso häufig wie Brustkrebs. Wie also erhöht die natürliche Variation in der Junk-DNA das Risiko für diese Krebsarten?
Die Forscher untersuchten eine bestimmte Art von Junk-DNA, die sogenannten MSR1-Wiederholungen. Sie fanden heraus, dass Cluster von MSR1-Wiederholungen häufig in unmittelbarer Nähe von Genen zu finden waren. Sie fanden einen dieser MSR1-Cluster sehr interessant, denn dieser Cluster von Junk-DNA befand sich tatsächlich am Ende eines bekannten krebsverursachenden Gens. Wenn Sie sich Abbildung 2 ansehen, können Sie erkennen, dass die losen Blätter (Junk-DNA) zwischen den Büchern (Genen) oder am Ende des Buches wie ein Anhang eingeklemmt sind. In diesem Fall befanden sich die losen Blätter auf den hinteren Seiten des Buches! Man könnte die MSR1-Wiederholungen als einen Schwanz für das krebsverursachende Gen betrachten. Die Wissenschaftler fragten sich, ob der MSR1-Schwanz wichtig sei.
MSR1-Wiederholungen zeigen eine Menge natürlicher Variation
Zunächst untersuchten die Forscher den MSR1-Schwanz bei vielen verschiedenen Menschen, um nach natürlichen Variationen in der Länge zu suchen. Und sie fanden jede Menge davon! Bei Menschen aus dem Vereinigten Königreich und Australien sahen sie, dass verschiedene Menschen alles von sehr kurzen MSR1-Schwänzen bis hin zu sehr langen Schwänzen hatten (Abbildung 3).
- Abbildung 3
- Die Wissenschaftler fanden heraus, dass MSR1-Wiederholungen (blaue Kreise) einen Schwanz am Ende des krebsverursachenden Gens bildeten (wie der Anhang aus losen Papierblättern im hinteren Einband eines Buches in Abbildung 2). Sie untersuchten die MSR1-Schwänze bei einer großen Gruppe von Menschen aus dem Vereinigten Königreich und Australien und stellten fest, dass die Länge der Schwänze natürliche Schwankungen aufweist. Einige Menschen hatten sehr kurze Schwänze, während andere sehr lange Schwänze hatten – und andere lagen irgendwo dazwischen!
Erinnern Sie sich: Die Chromosomen liegen paarweise vor, so dass jeder Mensch zwei von jedem Gen hat. Das bedeutet, dass jeder Mensch zwei der krebsverursachenden Gene und zwei MSR1-Schwänze hat! Auf einem Chromosom könnte also ein kurzer Schwanz vorhanden sein – auf dem anderen Chromosom hingegen ein langer Schwanz. Andererseits könnte es auf beiden Chromosomen einen kurzen Schwanz geben oder einen langen Schwanz auf beiden Chromosomen.
Die Wissenschaftler wussten, dass der Schwanz eines Gens oft wichtig ist, um zu kontrollieren, wie viel oder wie wenig Protein von diesem Gen produziert wird. Man kann sich vorstellen, dass ein Gen einen Kontrollschalter hat – wenn das Gen „aus“ ist, wird kein Protein von dem Gen produziert. Wenn das Gen „an“ ist, wird Protein produziert. Oder – genauer gesagt – die Gene können wie ein Dimmerschalter an einer Lampe gesteuert werden. Das Gen ist nicht einfach ein- oder ausgeschaltet, sondern kann ausgeschaltet sein, bei schwachem Licht, bei mittlerem Licht oder bei hellem Licht! Die Wissenschaftler dachten, dass der MSR1-Schwanz vielleicht ein Dimmschalter für das krebsverursachende Gen ist. Sie führten ein kompliziertes Experiment durch, das zeigte, dass der kurze Schwanz viel mehr Protein produzierte als der lange Schwanz. Damit hatten sie bewiesen, dass der MSR1-Schwanz ein Dimmer-Schalter ist – und dass der lange Schwanz die Einstellung für schwaches Licht, der kurze Schwanz aber die Einstellung für helles Licht ist (Abbildung 4).
- Abbildung 4 – Der MSR1-Schwanz wirkt wie ein Dimmer-Schalter für das krebsverursachende Gen.
- Der kurze Schwanz ist die Einstellung für helles Licht auf dem Schalter und bewirkt, dass eine Menge Protein produziert wird. Umgekehrt ist der lange Schwanz die gedämpfte Einstellung – das bedeutet, dass nicht viel Protein von dem Gen produziert wird.
MSR1 Repeats in Breast Cancer and Prostate Cancer
Als nächstes überlegten die Forscher, was dies für Krebs bedeuten könnte. Andere Wissenschaftler hatten bereits festgestellt, dass Brust- und Prostatakrebstumore hohe Werte des Proteins aufweisen, das von dem krebsverursachenden Gen produziert wird. Dr. Rose und ihre Kollegen hatten gesehen, dass der kurze Schwanz der Schalter für das helle Licht war und hohe Mengen des krebsverursachenden Proteins produzierte (werfen Sie noch einmal einen Blick auf Abbildung 4, um sich daran zu erinnern, wenn Sie es brauchen). Sie dachten also, dass eine Person, die den kurzen Schwanz im Gen hat, ein Risiko für Brust- und Prostatakrebs haben könnte.
Zunächst untersuchten sie Brustkrebs. Sie untersuchten eine Gruppe von Frauen aus dem Vereinigten Königreich, die an Brustkrebs erkrankt waren, und die gleiche Anzahl von Frauen, die keinen Brustkrebs hatten. Sie maßen die Länge der MSR1-Schwänze, die die Frauen auf dem krebsverursachenden Gen auf jedem ihrer Chromosomen hatten (zur Erinnerung: jeder Mensch hat zwei von jedem Chromosom). Sie fanden heraus, dass die Frauen mit Brustkrebs viel häufiger kurze MSR1-Schwänze aufwiesen. Mit Hilfe von Berechnungen konnten sie zeigen, dass eine Person mit einem kurzen Schwanz auf beiden Chromosomen ein fünfmal höheres Risiko hat, in jungen Jahren an Brustkrebs zu erkranken. Sogar ein kurzes Ende auf nur einem der Chromosomen erhöht die Wahrscheinlichkeit, an Brustkrebs zu erkranken, um fast das Doppelte.
Als nächstes untersuchten sie Prostatakrebs. Diesmal untersuchten sie eine Gruppe von Männern aus Australien mit Prostatakrebs und die gleiche Anzahl von Männern ohne Prostatakrebs. Auch hier stellten sie fest, dass der kurze MSR1-Schwanz das Risiko für Prostatakrebs erhöht. Sie berechneten, dass ein kurzer Schwanz auf beiden Chromosomen die Wahrscheinlichkeit, an Prostatakrebs zu erkranken, um das 1,5-fache erhöhte.
Wie geht es weiter?
Es ist ziemlich cool zu wissen, wie die DNA in unseren Zellen gesteuert wird. Für die Wissenschaftler war es sehr aufregend zu entdecken, dass die MSR1-Wiederholung wie ein Dimmschalter wirkt. Zu verstehen, wie Gene gesteuert werden, ist heutzutage ein wichtiger Bestandteil der Wissenschaft. Aber können wir das nutzen, um Menschen zu helfen? Wahrscheinlich!
Die DNA ist vom Tag der Geburt bis zum Tag des Todes weitgehend identisch. Das bedeutet, dass ein Wissenschaftler das Blut von Menschen testen könnte, um herauszufinden, wie lang ihre MSR1-Schwänze sind, wenn sie jung sind. Der Wissenschaftler wüsste dann, welche Menschen die kurzen Schwänze auf ihren Chromosomen haben, was ihm sagen würde, welche Menschen ein höheres Risiko für Brust- oder Prostatakrebs haben. Diese Informationen werden den Ärzten helfen, diese Menschen sorgfältiger zu überwachen – und hoffentlich jeden Krebs sehr früh zu entdecken. Das bedeutet, dass die Menschen, die ein erhöhtes Risiko haben, eine viel bessere Chance haben, von Krebs geheilt zu werden.
Allerdings müssen wir auch über die Ethik jedes neuen Gentests nachdenken – werfen Sie einen Blick in Box 1, um mehr über die medizinische Ethik zu erfahren und darüber, ob Dr. Rose selbst den Test machen würde!
Box 1. Was hat Ethik mit Genetik zu tun?
Medizinische Ethik ist eine Art Philosophie, die sich mit der Moral wissenschaftlicher Experimente befasst, d.h. mit der Frage, ob es richtig oder falsch ist, die Forschung durchzuführen. Die medizinische Ethik ist in der medizinischen Wissenschaft besonders wichtig, weil wir oft mit Menschen oder mit Proben von Menschen (wie DNA-Proben) experimentieren. Bevor ein Wissenschaftler ein Forschungsprojekt durchführt, muss er oder sie die Genehmigung einer Gruppe von Fachleuten einholen, die als „Ethikrat“ bezeichnet wird und die prüft, ob die Studie ethisch richtig ist.
In diesem Forschungsprojekt habe ich DNA-Proben von vielen Menschen verwendet – aber nicht meine eigenen. Es wäre ethisch nicht vertretbar, meine eigene DNA-Probe zu verwenden. Das ist wichtig, weil wir bei unseren Forschungen etwas völlig Unerwartetes erfahren könnten. Was würde ich tun, wenn ich zufällig entdecken würde, dass ich eine Genmutation für eine unheilbare, schwere Krankheit habe? Das sind wichtige Fragen, mit denen sich die medizinische Ethik befasst.
Ich würde mich jedoch für den Test auf die Schwanzlänge der Junk-DNA entscheiden. Der Grund dafür ist, dass Krebs zwar eine sehr ernste Krankheit ist, es aber eine Heilung dafür gibt. Wenn ich den Test mache und herausfinde, dass ich ein hohes Risiko habe, kann ich mich besser auf die Krankheit vorbereiten. Ich würde mich regelmäßiger untersuchen lassen, und wenn ich dann erkranke, könnte ich mich früher behandeln lassen. Wenn es jedoch einen Gentest für eine andere Krankheit gäbe, für die es keine Behandlung gibt, würde ich diesen Test nicht machen wollen – er würde mir nur noch mehr Sorgen bereiten, ohne dass ich davon profitiere. Was würden Sie in jeder Situation tun?
Es könnte auch möglich sein, neue Behandlungsmethoden für Krebs zu entwickeln. Diese Forschung hat uns gezeigt, dass MSR1-Wiederholungen bei Krebs wichtig sind. Vielleicht können Pharmazeuten also ein Medikament herstellen, das auf die MSR1-Wiederholungen abzielt. Dies könnte eine neue Art von Chemotherapie sein – ein Krebsbekämpfungsmittel.
Das Verständnis der genetischen Veränderungen, die das Krebsrisiko erhöhen, ist für die weitere Krebsbekämpfung sehr wichtig. Es ist zu hoffen, dass diese neuen Erkenntnisse es Wissenschaftlern und Ärzten ermöglichen werden, Krebs früher zu erkennen und neue und bessere Behandlungen zu entwickeln. Und all dies stammt von der so genannten „Junk-DNA“!
Nicht ganz so unsinnig, was?
Glossar
DNA: Ein Buchstabe, aus dem der menschliche genetische Code besteht, er kann A, T, G oder C sein.
Protein: Die Bausteine jeder Zelle in deinem Körper.
Gen: Der Satz von DNA-Buchstaben, der die Anweisung zur Herstellung eines Proteins enthält.
Chromosom: Ein massiver DNA-Strang, der sich in jeder Zelle des Körpers befindet.
Nicht kodierende DNA: Die DNA-Buchstaben, die nicht Teil eines Gens sind, also nicht die Anweisungen für ein Protein enthalten.
Genom: Die Bezeichnung für den vollständigen Satz der gesamten DNA auf allen Chromosomen.
Natürliche Variation: Winzige Unterschiede zwischen dem genetischen Code verschiedener Menschen.
Krebs: Eine Krankheit, bei der einige Zellen des Körpers außer Kontrolle geraten und wachsen, um einen Klumpen oder Tumor zu bilden.
Chemotherapie: Ein Medikament, das Krebszellen bekämpft.
Erklärung zu Interessenkonflikten
Der Autor erklärt, dass die Forschung in Abwesenheit jeglicher kommerzieller oder finanzieller Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
Original Source Article
Rose, A. M., Krishan, A., Chakarova, C. F., Moya, L., Chambers, S. K., Hollands. M., et al. 2018. MSR1-Wiederholungen modulieren die Genexpression und beeinflussen das Risiko für Brust- und Prostatakrebs. Ann. Oncol. 29(5):1292-1303. doi:10.1093/annonc/mdy082
Reference
Rose, A. M., Krishan, A., Chakarova, C. F., Moya, L., Chambers, S., Hollands, M., et al. 2018. MSR1-Wiederholungen modulieren die Genexpression und beeinflussen das Risiko für Brust- und Prostatakrebs. Ann. Oncol. 29(5):1292-1303. doi:10.1093/annonc/mdy082
Cancer Research UK Website Statistics. Available at: http://www.cancerresearchuk.org/health-professional/cancer-statistics/risk/lifetime-risk (Accessed: March 1, 2018).
Kontos, C. K., and Scorilas, A. 2012. Kallikrein-verwandte Peptidasen (KLKs): eine Genfamilie mit neuartigen Krebs-Biomarkern. Clin. Chem. Lab. Med. 50(11):1877–91. doi:10.1515/cclm-2012-0247
