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„Junk-DNA“ beeinflusst Autismus-Risiko

Die Junk-DNA enthält zahlreiche Schalter für unsere Gene. (Bild: cosmin4000/ istock)

Unser Erbgut besteht nur zu zwei Prozent aus proteinkodierenden Genen – der Rest ist sogenannte Junk-DNA. Doch auch diese Erbgutabschnitte, die keine klassischen Gene enthalten, spielen eine entscheidende Rolle für unsere Gesundheit. Wie Forscher nun herausgefunden haben, scheinen Veränderungen in der Junk-DNA sogar das Risiko für Autismus zu beeinflussen. Ihre fatale Wirkung entfalten diese Mutationen demnach, indem sie die Expression von Genen im Gehirn verändern. Es ist dem Team zufolge das erste Mal, dass Veränderungen in regulatorischen Bereichen des Genoms mit einer komplexen Erkrankung wie Autismus in Zusammenhang gebracht werden.

Autismus ist eine Entwicklungsstörung, die mit vielfältigen Symptomen einhergeht – von Beeinträchtigungen des Sprachvermögens bis hin zu motorischen Problemen. Zentrales Merkmal von Erkrankungen aus dem Autismus-Spektrum sind jedoch Auffälligkeiten im Sozialverhalten. Viele Betroffene wirken im sozialen Miteinander teilnahmslos oder verhalten sich „unpassend“. Denn sie haben oftmals Schwierigkeiten damit, sich mit anderen zu unterhalten und Gesagtes, aber auch Mimik und Gestik richtig zu interpretieren. Manchen Autisten fällt es zudem schwer, andere Menschen überhaupt zu erkennen. Die Ursachen für diese Defizite scheinen auch in den Genen zu liegen. Dabei gibt es jedoch nicht das eine Autismus-Gen oder einige wenige mit der Entwicklungsstörung assoziierte Erbgutabschnitte. Stattdessen ist die genetische Grundlage offenbar hochkomplex und vielfältig, wie bisherige Erkenntnisse nahelegen.

Nicht-kodierende Regionen im Blick

Welche Mutationen zu der beschriebenen Symptomatik führen können, ist daher erst in Teilen verstanden. „Veränderungen in proteinkodierenden Genen können höchstens 30 Prozent aller Autismusfälle erklären, bei denen es keine familiäre Vorgeschichte mit der Erkrankung gibt“, erklären Wissenschaftler um Jian Zhou von der University of Princeton. Aus diesem Grund hat sich das Forscherteam nun der sogenannten Junk-DNA gewidmet – jenen 98 Prozent unseres Erbguts, die keine Bauanleitung für Proteine enthalten. Dieser riesige Teil des menschlichen Genoms galt lange Zeit als funktionsloser DNA-Müll. Inzwischen ist jedoch klar, dass die Junk-DNA sogar enorm wichtig ist: Sie fungiert als Steuerpult mit unzähligen molekularen Schaltern, die beeinflussen, wie die ihnen zugeordneten Gene abgelesen werden.

Um herauszufinden, ob Mutationen in nicht-kodierenden DNA-Sequenzen möglicherweise mit Autismus zusammenhängen, verglichen die Wissenschaftler die Genome von 1.790 autistischen Kindern mit dem Erbgut ihrer nicht betroffenen Geschwister und Eltern. Der Clou: Für die Auswertung dieser enormen Datenmengen nahmen sie sich einen intelligenten Algorithmus zur Hilfe. Dieser hatte gelernt vorherzusagen, wie sich Mutationen in einem bestimmten Junk-DNA-Abschnitt auf die Genexpression auswirken. Würde es in diesem Teil des Erbguts Unterschiede geben, die das Auftreten der Entwicklungsstörung erklären könnten? „Die Daten der nicht betroffenen Geschwisterkinder dienten uns dabei als Kontrolle“, berichtet Zhou.

Einfluss aufs Gehirn

Tatsächlich enthüllten die Analysen: Im Erbgut vieler betroffener Kinder fanden sich nicht-kodierende Mutationen, die die Genregulation entscheidend verändern. Dabei zeichnete sich ab, dass die identifizierten Varianten vor allem die Expression von Genen im Gehirn beeinflussen – darunter auch DNA-Abschnitte, die bereits in früheren Studien mit Autismus in Zusammenhang gebracht wurden. „Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Annahme, dass sich Autismus hauptsächlich im Gehirn manifestiert“, sagt Co-Autor Christopher Park von der Simons Foundation in New York. Um die maschinellen Prognosen zu überprüfen, testeten die Forscher anschließend einige der nicht-kodierenden Mutationen in Laborexperimenten. Die Ergebnisse bestätigten: Die untersuchten Veränderungen beeinflussten die Genexpression in den Zellen so, wie der Algorithmus es berechnet hatte.

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Zum ersten Mal gibt es damit nun einen deutlichen Hinweis darauf, dass auch Veränderungen in der Junk-DNA das Risiko für Autismus beeinflussen könnten. „Dies ist der erste Beleg für einen ursächlichen Zusammenhang zwischen nicht-vererbten, nicht-kodierenden Mutationen und einer komplexen menschlichen Erkrankung“, konstatiert Zhous Kollegin Olga Troyanska. Die Wissenschaftler hoffen, mit ihrer Methode künftig auch mehr über die Ursachen anderer Krankheiten in Erfahrung zu bringen. Vor allem bei Leiden, deren genetischen Ursachen bisher noch größtenteils im Dunkeln liegen, könnte der Ansatz demnach neue Erkenntnisse liefern – dazu zählen dem Team zufolge neben neurologischen Störungen auch Herzleiden und bestimmte Krebserkrankungen.

Quelle: Jian Zhou (Princeton University) et al., Nature Genetics, doi: 10.1038/s41588-019-0420-0

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