Das Nijmegen-Breakage-Syndrom (NBS) ist ein seltenes, autosomal rezessiv vererbtes Chromosomenbruchsyndrom. Betroffene Patienten zeigen eine typische kraniofaziale Dysmorphie, Mikrozephalie, Minderwuchs und Immundefizienz. Das Krebsrisiko ist bei NBS-Patienten stark erhöht, wobei insbesondere Lymphome gehäuft auftreten.

Nach einem Modell von Kinzler und Vogelstein spielen zwei Gruppen von Genen eine wichtige Rolle bei der Krebsentstehung, die Caretaker und die Gatekeeper. Während Caretaker für die Reparatur von DNA-Schäden zuständig sind, kontrollieren Gatekeeper den Zellzyklus und die Induktion der Apoptose. Mutationen in Genen beider Gruppen können zu genetischer Instabilität und verminderter Apoptosefähigkeit führen, in deren Folge die Zelle entarten kann.

Die dem NBS in über 90% der Fälle zugrunde liegende Mutation, eine 5bp-Deletion im Nbs1-Gen, konnte 1998 identifiziert werden. Die Funktionen des betroffenen Genprodukts, dem Nibrin, sind jedoch noch nicht vollständig erschlossen. Gesichert scheint bisher eine Funktion von Nibrin als Caretaker bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen. In der Zellzykluskontrolle übernimmt Nibrin zudem Gatekeeper-Funktionen. Ziel dieser Arbeit war es, mit der Apoptoseinduktion einen zweiten, wichtigen Gatekeeper-Mechanismus zu untersuchen. Aufgrund der klinischen und zellulären Überschneidungen im Phänotyp von NBS mit der Ataxia teleangiectasia (AT) wurden zwei AT-Zelllinien in die Untersuchungen einbezogen.

Als Untersuchungsmaterial dienten lymphoblastoide Zelllinien von sieben NBS- und zwei AT-Patienten sowie zwei Kontrollzelllinien. Mit der Technik der Durchflusszytometrie wurden die Apoptoseraten der Zelllinien nach Induktion einer DNA-Schädigung durch das Radiomimetikum Bleomycin bestimmt. Als zwei voneinander unabhängige Apoptose-Nachweismethoden wurden die sub-G1-peak-Methode und die Annexin-V-Färbung verwendet. Zunächst mussten Standardbedingungen für die Messungen der Apoptoseraten festgelegt werden. Hierzu wurden Untersuchungen zum Zellwachstum, zur Wachstumsinhibition sowie durchflusszytometrische Versuche zum zeitlichen Verlauf der Apoptose und zur Induktion bei unterschiedlichen Mutagenkonzentrationen durchgeführt.

Die mit der sub-G1-peak-Methode ermittelten Apoptoseraten lagen insgesamt höher als mit der Annexinfärbung gemessene Raten. Dies könnte auf der geringeren Spezifität der sub-G1-peak-Methode beruhen, bei der in die Messung eingehende Zelltrümmer häufig zu einer Überschätzung der Apoptoserate führen.

Für die Auswertung wurden die Apoptoseraten der Patientenzellen mit denen der Kontrollzelllinien verglichen. Bei der Messung mit der sub-G₁-peak-Methode zeigten drei der sieben NBS-Zelllinien bei beiden Bleomycinkonzentrationen signifikant niedrigere Apoptoseraten als die Kontrollzellen. Diese drei NBS-Zelllinien sowie eine weitere NBS-Linie wiesen auch bei der Untersuchung mit dem spezifischeren Annexin-V-Assay eine signifikant nach unten abweichende Apoptoserate auf. Die übrigen Zelllinien, darunter auch die AT-Zellen, zeigten Apoptoseindices im Bereich der Kontrollzell-Messwerte.

Der Befund der reduzierten Apoptoseraten bei vier der sieben untersuchten NBS-Zelllinien weist darauf hin, dass das Nbs1-Gen neben der bereits etablierten Rolle in der DNA-Reparatur auch bei der Signalvermittlung zu Regulatoren der Apoptose eine Rolle spielen könnte. Mögliches Bindeglied zwischen Nbs1 und der Apoptoseinduktion könnte dabei das Tumorsuppressorgen p53 darstellen, das einer der stärksten Apoptoseinduktoren ist. Die verzögerte und verminderte Stabilisierung von p53 in NBS-Zellen wurde bereits beschrieben. Aktuelle Studien konnten zudem in NBS-Zellen eine reduzierte Phosphorylierung der Serinreste 15 und 20 an p53 zeigen, die eine wichtige Rolle bei der Apoptoseinduktion spielen.

Bei Nbs1 könnte es sich demnach um ein Gen handeln, das nach dem Modell von Kinzler und Vogelstein sowohl Caretaker- als auch Gatekeeper-Funktionen besitzt. Mutationen in solchen Genen, die Caretaker und Gatekeeper in einem sind, müssten folglich besonders schwere klinische Konsequenzen mit sich bringen. Vergleicht man das klinische Bild des NBS mit Krankheiten, bei denen nur entweder Caretaker- oder Gatekeeper-Gen betroffen sind, fällt das schon besonders früh stark erhöhte Krebsrisiko auf. Auf dieser Grundlage erscheint eine Doppelfunktion des Gens ebenfalls wahrscheinlich.

Andererseits zeigten drei der NBS-Zelllinien keinen signifikanten Unterschied zu den mittleren Apoptoseraten der Kontrollzellen. In diesen Variationen zwischen einzelnen Zelllinien könnte sich der individuelle genetische Hintergrund der Zellen zeigen, der auch zur erheblichen klinischen Variabilität des Krankheitsbildes beiträgt. Diese Variabilität zeigte sich ebenfalls bei im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zum Wachstumsverhalten und zur Mutagensensitivität lymphoblastoider NBS-Zellen.

Besonders auffällig ist in diesem Zusammenhang das gemeinsame Auftreten niedriger Apoptoseraten mit malignen Lymphomen: Alle Patienten, deren lymphoblastoide Zellen Störungen in der Apoptoseinduktion aufwiesen, erkrankten bisher an Lymphomen, während Patienten, deren Zellen im Normalbereich liegende Apoptoseraten zeigten, bislang keine Lymphome entwickelten. Möglicherweise gibt es also generell zwei Gruppen von NBS-Patienten – Patienten mit höherem und mit niedrigerem Entartungsrisiko, wobei eine verminderte Apoptoseinduktion als Risikofaktor für Krebs angesehen werden könnte.

Die Charakterisierung von NBS-Zellen hinsichtlich der Fähigkeit, nach einer DNA-Schädigung die Apoptose zu induzieren, könnte sich zukünftig als wertvoll für die Entschlüsselung von Faktoren erweisen, die zur klinischen Variabilität des Krankheitsbildes – insbesondere bezüglich des Auftretens von Krebserkrankungen – beitragen.