Biologie up-to-date NCL im Unterricht

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Biologie up-to-dateNCL im Unterricht
NCL-Stiftung Holstenwall 10 20355
Hamburg www.ncl-stiftung.de
Susanne Helmig
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Abb. www.merian.fr.bw.schule.de
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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
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Die DNA

• sieht aus wie eine Wendeltreppe
• Holme setzen sich zusammen aus
• Zucker (Desoxyribose) und Phosphatgruppe
• die Sprossen bilden die 4 Basen (Nukleotide)
• AAdenin und TThymin
• CCytosin und GGuanin
• Kombination immer A T und C G
• Reihenfolge der Basen legt Reihenfolge der
  Aminosäuren fest

Abb. www.webmic.de
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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.
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Sprache der Gene

• 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)
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Die Codesonne
Abb. www.u-helmich.de/bio/gen/reihe2/23/karte234.
html (07.11.07)
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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
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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
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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/?dSchematapg
2 (07.11.07)
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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
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Genmutation 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
Abb. nach Dr. Kutsche, Labor für Molekulare
Medizin
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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

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Was ist NCL?

• 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) gt
  codiert für das lysosomale Membranprotein CLN3
  (Funktion noch nicht vollständig geklärt)
• Gen ist häufig deletiert und somit das Protein
  verkürzt und funktionslos

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

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Zahlen und Fakten zu jNCL

• 1 von ca. 200 Erwachsenen ist heterozygoter,
  unauffälliger Träger des defekten Gens
• Wahrscheinlichkeit einer Paarung zweier Träger
  140000
• momentan 160 Kinder mit jNCL in Deutschland
  bekannt
• Lebenserwartung 20-30 Jahre

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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

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Die juvenile NCL, eine auto-somal rezessive
Erkrankung
P F1 F2
50 25 25 50
männlich
homozygot
heterozygot
weiblich
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und das ist die Folge!
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Krankheitsverlauf bei der juvenilen NCL
Verlust der Sehkraft
Geistiger Abbau
Wesensveränderung
Sprachlicher Abbau
Epilepsie
Pflegebedürftigkeit (Rollstuhl, Bettlägerigkeit)
Tod
0
10
25
6
8
15
Lebensjahre
22

• 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

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