Von der Gendiagnose zum Phänotyp am Beispiel neurologischer Erkrankungen

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1 Lehrerfrtbildung am , Universität Bielefeld Vn der Gendiagnse zum Phäntyp am Beispiel neurlgischer Erkrankungen Veranstalter: PD Dr. J.W. Bartsch Dr. K.P. Ohly G. Telgmann A. Bökehf-Reckelkamm 2004 Bökehf-Reckelkamm/Telgmann

2 Vm Phäntyp zur Gendiagnse Grundlagenfrschung zu neurdegenerativen Erkrankungen an der Uni Bielefeld mit Hilfe vn Mausmdellen Beispiel: Amytrphe Lateralsklerse (ALS) 2004 Bökehf-Reckelkamm/Telgmann

3 Übersicht

4 Phäntyp ALS Bekannte Betrffene: Lu Gehrig, Stephen Hawking, Jörg Immendrff

5 Phäntyp ALS Neurdegenerative Erkrankung Betrffene weltweit Mehr männliche als weibliche Betrffene (1,5:1) Ausbruch meist zwischen dem 50. und 70. Lebensjahr Verschiedene Unterfrmen, u. a. juvenile ALS Dauer der Krankheit: Mnate bis Jahrzehnte Frtschreitender Verlust willkürlicher mtrischer Fähigkeiten Später Defizite in der unwillkürlichen Mtrik Td häufig durch Atemlähmung 2 Frmen: SALS (90%) + FALS (10%)

6 Stammbaumanalyse autsmal-dminant autsmal-rezessiv

7 Stammbaumanalyse gnsmal-dminant gnsmal-rezessiv

8 Mausmdelle Wbbler-Maus (t wbble - wackeln) 1956 als Mutante bei Labrmäusen entdeckt gesund gebren entwickeln mit zunehmenden Alter frtschreitende Lähmungen der Vrder- und Hinterextremitäten gesundes Neugier- und Szialverhalten SOD1-Maus Transgene Maus vergleichbare Symptme in frtgeschrittenem Alter

9 Neurhistlgie Pyramidales System Bewusste Bewegungen, wie Umklammern einer Gitterstange, beginnen mit der Bildung mtrischer Impulsmuster in den Neurnen der vrderen Zentralwindung Deren Axne laufen als Pyramidenbahn durch das Gehirn in das Rückenmark. Hier bilden sie Kntakte mit Mtneurnen. Das Impulsmuster wird auf die Muskulatur übertragen und die Handlung ausgeführt.

10 Neurhistlgie Reduktin der Spinalnerven

11 Neurhistlgie Mausmdelle ermöglichen die Untersuchung der klinischen und pathlgischen Symptme in jedem beliebigen Stadium der Krankheit. Vergleich der histlgischen Präparate vn Mtneurnen und Muskelfasern gesunder und erkrankter Tiere ermöglicht die Zurdnung vn Symptmen und neurnaler Veränderung.

12 Neurhistlgie Ermittelte Unterschiede: Vakulisierung Verminderte Anfärbbarkeit wegen Reduktin des ER Aufblähung des Smas: Hinweise auf bevrstehenden Zelltd

13 Muskulatur nrmaler Muskelaufbau (HE-Färbung) veränderter Muskelaufbau durch gestörte Nervenversrgung (Denervierung): Muskelfasern sind verkleinert und entrundet

14 Genmvergleich 98% der Gene stimmen bei Mensch und Maus überein. Mäuse können unter vergleichbaren Krankheiten leiden wie Menschen. Suche nach Gen, dessen Mutatin zur Degeneratin der Mtneurnen führt.

15 Gentechnik Prblemstellung Wie lässt sich die DNA islieren und reinigen? Auf welchem Chrmsm liegt das mutierte Gen? Auf welchem Chrmsmenabschnitt liegt das mutierte Gen? Wie lässt sich der gesuchte DNA-Abschnitt vervielfältigen? Wie lassen sich unterschiedliche DNA- Abschnitte auftrennen? Welche Sequenz hat der gesuchte DNA- Abschnitt? Welcher Ausschnitt der Sequenz ist das gesuchte Gen? Welcher Unterschied besteht zwischen der Sequenz des mutierten und des nichtmutierten Allels? DNA-Islierung DNA-Identifizierung Kpplungsanalyse Marker-Experimente PCR Gelelektrphrese Fragmentmuster Gelelektrphrese nach Sanger Suthern- Bltting + Marker Sequenzvergleich Technik NCBI-Server-Nutzung (BLAST)

16 Übersicht

17 NCBI-Datenbank Natinal Center fr Bitechnlgy Infrmatin Datenbank: Biblithek (Life Sciences) Genmsequenzen und Chrmsmenkarten Links zu anderen Datenbanken weltweit Werkzeug: Vergleich vn Basen- und Aminsäuresequenzen Mutatinsanalyse u. v. m.

18 Physilgie Der Zusammenhang zwischen der Superxid-Dismutase (SOD1) und der ALS wurde 1993 nachgewiesen. Das SOD1-Enzym entgiftet im gesunden ZNS zelluläre Sauerstff-Radikale:

19 Physilgie Hypthese zur Entstehung vn ALS durch mtsod1: Die mutierte SOD1 ist gekennzeichnet durch veränderte Eigenschaften, die zu der paradxen Zunahme der Prduktin freier Radikale führen. Dieser txische Funktinsgewinn führt zur Schädigung mtrischer Nervenzellen. Der genaue Mechanismus der Neurnenschädigung ist nch unbekannt.

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