Einleitung

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Das Erreichen eines hohen Lebensalters wird durch ein umfassendes Kontrollsystem gewährleistet, das zahlreiche fehlerhafte Prozesse in unseren Zellen entdecken und beheben kann. Die Ursache unseres Alterns und Sterbens ist letztlich das Unvermögen des Kontrollsystems, die sich häufenden Fehlleistungen zu bewältigen. Die Bewältigung von DNA-Schäden erfolgt durch DNA-Reparatur oder durch den programmierten Zelltod. Bei degenerativen Krankheiten sind die vorzeitige Störung der DNA-Reparatur sowie der programmierte Zelltod als Ursache zu diskutieren. Die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine neurodegenerative Systemerkrankung, bei der die Motoneuronen, die Nervenzellen des motorischen Systems, betroffen sind.

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Um die Symptome der ALS zu verstehen, muss man die Anatomie des Pyramidenbahnsystems genauer betrachten. Die elektrische Erregung wird im ersten Motoneuron im Gyrus praecentralis der Großhirnrinde generiert. Jede Nervenzelle hat einen Zellfortsatz, das Axon, in dem die Erregung weitergeleitet wird. Die Axone der ersten Motoneurone laufen gebündelt im Tractus corticospinalis im Vorderhorn des Rückenmarks. Dort erfolgt die Überleitung der Erregung auf das zweite Motoneuron, dessen Axon in einem Nerv aus dem Rückenmark austritt und zur Muskelzelle gelangt. Die Innervation der Schlund-, Schluck-, Kau-und Zungenmuskulatur erfolgt durch motorische Hirnnerven. Die Erregungsüberleitung vom zweiten Motoneuron auf die Muskelzelle wird durch die Verbreiterung des Axons zur motorischen Endplatte optimiert. Durch die elektromechanische Kopplung in der Muskelzelle löst das ankommende Aktionspotential die Muskelkontraktion aus (www.als-charite.de).

Die ALS ist die häufigste degenerative Erkrankung des Pyramidenbahnsystems. Sie ist eine kombinierte Degeneration des ersten und zweiten Motoneurons. Morphologisch besteht ein Untergang der Pyramidenzellen im motorischen Rindenareal und deren Axone in der Pyramidenbahn sowie des 2. Motoneurons im Bulbär-und Rückenmark. Die Pyramidenbahndegeneration gibt der Krankheit auch ihren Namen „Lateralsklerose“, weil die entstehende Bindegewebsnarbe dem Gewebe eine feste Konsistenz verleiht. Das dominierende Symptom, die Muskelatrophie infolge mangelnder nervaler Stimulation, findet sich ebenfalls im Namen wieder: „amyotroph“.

Die klassische Form der ALS ist gekennzeichnet durch die Symptome der Degeneration des ersten und zweiten Motoneurons. Der Beginn der Erkrankung stellt sich in überwiegender Zahl als eine Muskelschwäche dar. Dabei manifestiert sich die Kraftminderung je nach der zuerst betroffenen Muskelpartie in völlig unterschiedlicher Weise. In 80 % der Fälle ist die periphäre Extremitätenmuskulatur betroffen. Es kommt zu Ungeschicklichkeit der Hände oder zu einer Gangunsicherheit und Schwäche der Beine. Weitere mögliche Frühsymptome sind Symptome des zweiten Motoneurons, wie Muskelatrophie und Spastik, und Muskelkrämpfe, v.a. in der Wadenmuskulatur.

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Grundsätzlich ist zwischen dem Krankheitsbeginn an den Extremitäten (spinale Atrophie) und einer weniger häufigen Verlaufsform zu unterscheiden, die mit Sprech-und Schluckstörungen beginnt (bulbärer Krankheitsbeginn). An der bulbären Verlaufsform leiden zu Beginn etwa 20 % der Patienten. Sensibilität und Gedächtnisfunktion, sowie Stuhl-und Harnkontrolle bleiben vom Krankheitsprozess in der Regel ausgespart. Spastik und Reflexsteigerung als Symptome des ersten Motoneurons kommen erst im weiteren Krankheitsverlauf zur Ausprägung (www.als-charite.de).

Der Symptomenkomplex der ALS wurde erstmals 1873 von dem Pariser Neurologen Jean Martin Charcot detailliert beschrieben (Charcot, 1873). Von der Erstbeschreibung bis zu ersten Erkenntnissen über die Ätiologie der ALS sind seitdem über 100 Jahre vergangen. Im Jahr 1993 fand man bei einem kleinen Teil der Patienten Genmutationen im Superoxid-Dismutase-Gen, die ursächlich mit der familiären ALS in Verbindung zu bringen sind (Rosen et al., 1993). Bis heute wurden viele ätiologische Hypothesen aufgestellt, die später widerlegt oder deren pathogenetische Verbindung auf einige Patienten beschränkt werden mussten.

Die ALS ist eine rasch verlaufende und unheilbare Krankheit, deren Therapie bislang fast ausschließlich symptomatisch ist. Das durchschnittliche Erkrankungsalter liegt zwischen 50 und 70 Jahren. Prävalenzdaten der ALS bewegen sich zwischen 0,8 und 8,4/100000 Einwohner. Die Inzidenz liegt zwischen 0,6 und 2,4/100000 Einwohner/Jahr. Früh Erkrankte haben häufig eine längere Überlebenszeit als spät Erkrankte. Die durchschnittliche Überlebenszeit beträgt 3-5 Jahre. Bei einigen Sonderformen der ALS kann sie um Jahre verlängert sein. Die Todesursache ist in den meisten Fällen die zunehmende Schwäche der Atemmuskulatur in Form einer Zwerchfellparese (Neundörfer, 2002).

1.1  Pathogenese und Ätiologie der ALS

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Erste Ansatzpunkte zum Pathomechanismus der ALS lieferte die Patientengruppe mit familiärer ALS (5 % der ALS-Patienten, fALS). Diese Patienten unterscheiden sich von den Patienten mit sporadischer ALS (95 % der ALS-Patienten, sALS) durch eine positive Familienanamnese mit meist autosomal-dominantem Erbgang, sind jedoch phänotypisch nicht abgrenzbar. Die fALS-Patienten haben keinen einheitlichen Gendefekt. Nur 15-20 % der fALS-Patienten zeigen eine Mutation im Superoxid-Dismutase-Gen auf Chromosom 21q (Rosen et al., 1993). Die Mutation hat den Neuerwerb einer bisher unbekannten Funktion der Superoxid-Dismutase-1 zur Folge. Die gain of function hat eine Anreicherung freier Radikale, z.B. toxischer Peroxynitrite, in der Zelle zur Folge. Freie Radikale werden als Risikofaktoren für Membraninstabilität, genotoxische Effekte und Proteindegeneration angesehen (Wong et al., 1995). Es sind bisher 7 weitere Genloci beschrieben worden, deren Mutationen mit der Ursache der fALS in Verbindung gebracht werden (Henteti et al., 1998; Chance et al., 1998; Hosler et al., 2000; Hand et al., 2002; Ruddy et al., 2003; Sapp et al., 2003).

Tabelle 1: fALS Genloci. Erbmodus autosomal-dominant (AD) bzw. autosomalrezessiv (AR)

Gen ort

Erb modus

Produkt

Beginn

Phäno typ

Häufigkeit

Referenz

21q

AD

SOD1

adult

variabel

10 % der FALS

Rosen et al., 1993

2q33

AR

ALS2

juvenil

langsam, >1.MN

Nordafrika, Kuwait

Hadano et al., 2001

15q1515q22

AR

?

adult

langsam, nicht

häufigste AR-ALS

Hentati et al., 1998

bulbär

9q34

AD

?

juvenil

variabel

sehr selten

Chance et al., 1998

9q21

AD

?

adult

ALSFTD

selten

Hosler et al., 2000

18q12

AD

?

adult

typisch

selten

Hand et al., 2002

16q12

AD

?

adult

typisch

wahrsch. häufig

Ruddy et al., 2003

20p

AD

?

adult

typisch

unbekannt

Sapp et al., 2003

Die Ätiologie der sporadischen ALS ist weiterhin ungeklärt. Es gibt verschiedene Untersuchungen, die oxidativen Stress ursächlich mit der Neurodegeneration in Zusammenhang bringen (Bogdanov et al., 2000; Migliore et al., 2002; Zhu et al., 2004). Des Weiteren wird auch die Beteiligung glutamatvermittelter Exzitotoxizität an neurodegenerativen Prozessen diskutiert (Heath/Shaw, 2002; Tateno et al., 2004). Diese Hypothese wird durch den positiven Effekt auf den Krankheitsverlauf durch die Blockierung der präsynaptischen Glutamatfreisetzung mit dem Medikament Riluzol bestätigt. Die Blockierung der Glutamatfreisetzung senkt die Glutamatkonzentration im synaptischen Spalt und damit die Stimulation der Glutamatrezeptoren an der postsynaptischen Zelle. In zwei plazebokontrollierten klinischen Studien mit ALS-Patienten wurde die lebensverlängernde Wirkung des Medikaments Riluzol nachgewiesen (Bensimon et al., 1994; Hugon, 1996) und ist als Standardtherapie seit 1996 zugelassen.Verschiedene Autoren gehen davon aus, dass DNA-Schäden eine direkte Ursache der Zelldegeneration sind (Rolig et al., 2000; Uberti et al., 2003; Barzilai et al., 2004; Caldecott, 2004).

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Untersuchungen an Parkinsonpatienten haben gezeigt, dass nicht nur in den Neuronen durch oxidativen Stress verursachte DNA-Schäden auftreten, sondern auch Lymphozyten Veränderungen in der DNA aufweisen können, die auf oxidativen Stress zurückzuführen sind (Migliore et al., 2002). Auch in Neuronen von ALS-Patienten konnten oxidative DNA-Schäden nachgewiesen werden (Facchinetti et al., 1998; Bogdanov et al., 2000). Im Folgenden werden die zytogenetisch sichtbaren Auswirkungen der DNA-Schäden und die zum Verständnis notwendige Zytogenetik näher erläutert.

1.2 Chromosomenaberrationen

Das Erbgut des Menschen ist in jedem Zellkern gespeichert. Durch die spezifische Abfolge der Basen der Desoxyribonukleinsäure (DNA) sind im menschlichen Genom 30.000 -40.000 Gene kodiert. Diese Gene sind auf 23 Chromosomenpaare verteilt. Jedes Chromosomenpaar besteht aus homologen Chromosomen, von denen eines von der Mutter und das andere vom Vater stammt. Die homologen Chromosomen kodieren für dieselben Gene, wobei aber unterschiedliche Allele desselben Gens vorliegen können. Die 22 Autosomen sind mit abnehmender Größe von 1-22 nummeriert, wobei Chromosom 21 kleiner ist als Chromosom 22. Die Geschlechtschromosomen X und Y, auch Gonosomen genannt, haben eine gesonderte Position im Karyogramm. Die Chromosomen werden durch das Zentromer in einen p-Arm und einen q-Arm unterteilt. Sind die Arme annähernd gleich lang, spricht man von metazentrischen Chromosomen, submetazentrisch bei einem kürzeren p-Arm und akrozentrisch bei p-Armen in Form von Satelliten.

Abbildung 1: Chromosomennomenklatur.

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Während sich die Chromosomen in der Mitose (Zellteilung der somatischen Zellen) befinden, bestehen sie aus zwei Schwesterchromatiden, die am Zentromer miteinander verbunden sind. Erst in der Anaphase der Mitose trennen sich die Zentromere, je ein Schwesterchromatid gelangt in eine Tochterzelle. Die Verteilung der Gene auf die Chromosomen ist nicht nur von ihrer Größe abhängig, so haben zum Beispiel die Chromosomen 13, 18 und 21 den geringsten Anteil am Erbgut. Das Vorkommen von drei statt zwei homologen Chromosomen (Trisomie) ist aufgrund der geringen Gendichte nur bei den Chromosomen 13, 18 und 21 mit dem Leben vereinbar. Trisomien anderer Chromosomen führen zur genetischen Imbalance und damit zu Proteinsynthesestörungen (Sperling/Neitzel, 2000).

Jede Zelle durchläuft einen Zellzyklus, der aus der Interphase und der Kernund Zellteilungsphase besteht. In der Interphase finden Proteinsynthese (G1-Phase), DNA-Synthese (S-Phase) und eine weitere Proteinsynthese (G2-Phase) statt. In der Mitose werden die Chromosomen um das 10.000fache kondensiert. In diesem Zustand werden die Chromosomen auf die Tochterzellen verteilt. Das genetische Material ist in dieser Phase inaktiv, d.h. die Transkription ist eingestellt. Nach Abschluss der Mitose gehen so genannte postmitotische Zellen in die G0-Phase. Werden diese Zellen in vitro zur Zellteilung stimuliert, können sie wieder in die G1-Phase des Zellzyklus eintreten. Zu den postmitotischen Zellen zählen die T-Lymphozyten und die Nervenzellen.

Wenn eine Schädigung der DNA vorliegt oder die räumliche Anordnung der Chromosomen fehlerhaft ist, kann der Zyklus so lange blockiert werden, bis Kontrollstationen die Reparaturprozesse aktiviert haben. Im Fall einer gravierenden Schädigung wird die Apoptose und damit die Elimination der betroffenen Zelle eingeleitet. An den DNA damage checkpoints sind ganze Proteinkaskaden beteiligt, die DNA-Schäden erkennen und reparieren. Wie komplex der Kontrollmechanismus ist, wird durch die Vielzahl der Genmutationen deutlich, die mit einer erhöhten Chromosomeninstabilität (z.B. NBS-Genmutation) und einem erhöhten Tumorrisiko (z.B. TP53-Genmutation) einhergehen. Sowohl Chromosomeninstabilität als auch Entartung sind Zeichen mangelnder DNA-Reparatur. Ein wichtiges Protein im Kontrollsystem von DNA-Schäden ist das Protein p53, welches sowohl DNA-Reparatur als auch die Apoptose der geschädigten Zelle veranlassen kann. Neben den DNA-Schäden müssen die numerischen Aberrationen erkannt und verhindert werden. Dazu dient der Spindelkontrollpunkt, der die gleichmäßige Aufteilung der Schwesterchromatiden in der Mitose auf die beiden Tochterzellen gewährleistet. Treten Mutationen in Genen dieser Kontrollproteine auf, so kommt es häufiger zu Chromosomenfehlverteilungen. Zu den numerischen Aberrationen zählen die Aneuploidien, also das Fehlen (Monosomie) oder zusätzliches Vorhandensein (Trisomie) einzelner Chromosomen. Ist der gesamte Chromosomensatz vermehrt, spricht man von Polyploidie. Sie ist nicht mit dem Leben vereinbar.

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In der Meiose, der Zellteilung der Keimzellen, findet zwischen homologen Chromosomen ein Austausch statt. Dieser Austausch von Allelen auf homologen Chromosomen, crossing over genannt, dient der genetischen Rekombination und ist verantwortlich für die genetische Heterogenität und die natürliche Selektion in der nächsten Generation (Therman/Susman, 1993). Auch während der Mitose werden Austauschvorgänge beobachtet (Sperling/Neitzel, 2003). Es lassen sich regelmäßig Rekombinationsereignisse zwischen den Schwesterchromatiden eines Chromosoms finden. Bei ungleichem Schwesterchromatidaustausch (sister chromatid exchange, SCE) gehen Sequenzen verloren oder verdoppeln sich (Deletion bzw. Duplikation). Nach Mutagenzugabe erhöht sich die SCE-Rate. Das lässt vermuten, dass der Schwesterchromatidaustausch auch bei der DNA-Reparatur eine Rolle spielt.

Neben crossing over und SCE treten in der Metaphase auch Chromosomenbrüche auf. Es handelt sich meist um einen Einzelstrangbruch, also um die Unterbrechung der Phosphodiesterbindung zwischen zwei Nukleosiden eines Strangs. Der Bruch kann physiologisch durch die Topoisomerase induziert sein, kann aber auch Folge radioaktiver Strahlung, chemischer Mutagen-und Radiomimetikaeinwirkung sein. Je nach Zellzyklusphase in der die Schädigung stattfindet bzw. das schädigende Agens wirkt, treten Chromosomenbrüche (G1-Phase) oder Chromatidbrüche (S-und G2-Phase) auf. Physikalisch ist das abgebrochene Chromatidfragment noch mit der Chromatide durch chromosomale Proteine verbunden. In der folgenden Synthesephase wird der Chromatidbruch dann auf die Schwesterchromatide übertragen: ein Chromosomenbruch ist entstanden. Ein Chromatidbruch kann auch zur Deletion an dieser Chromatide führen, wenn das azentrische Fragment bei der nächsten Mitose verloren geht. In der folgenden Synthesephase wird die Chromatide mit der Deletion repliziert, dann liegt ein deletiertes Chromosom vor. (Sperling/Neitzel, 2003).

Gleichzeitig auftretende Brüche auf verschiedenen Chromosomen können zu Translokationen führen. Das Chromosomende, Telomer genannt, verhindert ein spontanes Verbinden der Chromosomen untereinander. Wenn die Telomerregion beschädigt oder abgebrochen ist, wird die Fusion unterschiedlicher Chromosomen miteinander möglich. Eine Sonderform der Fusion ist die Robertson-Translokation; die Fusion zweier akrozentrischer Chromosomen. Ihre Folge ist eine besonders hohe Mutationsrate der beteiligten Gene. Die Fusionsstelle liegt jeweils an den p-Armen der beiden Chromosomen. Bleiben die Zentromere erhalten, spricht man von einem dizentrischen Chromosom. Isochromosomen kommen durch ungleiches crossing over und folgender Replikation zwischen homologen Chromatiden zustande. Findet ein crossing over in einem Chromosom zwischen gegensätzlich laufenden Sequenzen statt, so entsteht daraus eine Inversion, eine Richtungsumkehr im Chromosom. Die Inversion ist perizentrisch, wenn sie das Zentromer mit einschließt und parazentrisch, wenn sie auf einen Arm beschränkt ist.

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Durch reziproke Translokation, also durch den Austausch von Chromosomenabschnitten zwischen zwei oder mehr Chromosomen, entstehen entweder zwei monozentrische Chromosomen oder ein dizentrisches Chromosom und ein akrozentrisches Fragment. Im Gegensatz zur balancierten Translokation ist es bei der unbalancierten zum Verlust eines Genabschnitts gekommen. Zwischen 0,3 und 0,5 % der Bevölkerung haben konstitutionelle balancierte Translokationen oder Inversionen ohne klinische Symptome oder morphologische Auffälligkeiten zu zeigen (Therman/Susman, 1993). Konstitutionell bedeutet, dass die Aberration schon in der Zygote vorliegt und sich somit in allen Zellen des Organismus wieder findet, also auch in den Keimzellen. Da die Keimzellen einen haploiden Chromosomensatz haben, kann es bei der Befruchtung einer Eizelle mit einem translozierten Genabschnitt zur Duplikation oder Deletion des Genabschnitts kommen. Man spricht dann von partieller Trisomie bzw. Monosomie. Zeigen sich bei dem Nachkommen ähnliche Symptome wie bei vollständigen numerischen Aberrationen, bietet die partielle Trisomie die Möglichkeit, die beteiligten Gene auf bestimmten Chromosomenabschnitten genauer zu lokalisieren (Sperling/Neitzel, 2000).

Im Gegensatz zu den konstitutionellen Aberrationen werden spontane somatische Aberrationen zwar auch an die Tochterzellen weitergegeben, zeigen aber nur geringe Effekte auf Grund der kleinen Nachkommenschaft dieser somatischen Zellen und werden nicht vererbt, wenn sie nicht in der Keimbahn vorliegen. Translokationen können die auf den translozierten DNA-Abschnitten liegenden Gene verändern, weil sie in einer anderen genetischen Umgebung liegen oder unvollständig transloziert wurden. Die Proteinfunktion kann davon unbeeinflusst bleiben, sie kann aber auch verloren gehen oder verändert werden (loss of function, gain of function).

Die sichere Weitergabe des Erbguts trotz Chomatidbrüchen wird durch ein Brucherkennungs-und Reparatursystem gewährleistet. Die Reparatur läuft mit Hilfe einer Aktivierungskaskade verschiedener Proteine ab. Die Replikation stellt einen wichtigen Punkt im Zellzyklus dar, an dem Brüche erkannt werden und durch homologe Rekombination und andere Mechanismen beseitigt werden. Replikationsunabhängig arbeiten end joining factors, die gebrochene DNA-Enden so prozessieren, dass sie wieder Phosphdiesterbindungen ausbilden können. Die entstandenen DNA-Strangdefekte werden mit Nukleotiden geschlossen, die DNA-Ligase stellt die Phosphordiesterbindung wieder her (Caldecott, 2004).

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Aus einer Mutation in einem Gen, das ein Reparaturprotein kodiert, kann eine chromosomale Instabilität resultieren, da die entstehenden Brüche nicht oder nur unvollständig repariert werden. Krankheiten, denen eine solche Mutation zugrunde liegt, werden als Chromosomeninstabilitätssyndrome bezeichnet. Neben der chromosomalen Instabilität zeichnen sich die Krankheiten durch eine erhöhte Strahlensensibilität (z.B. bei der Ataxia teleangiektasia und beim Nijmegen-Breakage-Syndrom) und durch ein erhöhtes Krebsrisiko (z.B. beim Bloom-Syndrom und bei der Fanconi-Anämie) aus (Sperling/Neitzel, 2003). Abhängig von dem mutierten Gen sind die Instabilitätssyndrome in der Symptomatik unterschiedlich gewichtet. Bei der Ataxia teleangiektasia sind die Nervenzellen des Kleinhirns besonders von der mangelnden DNA-Reparatur betroffen und werden vermehrt in die Apoptose geführt. Die Neurodegeneration äußert sich dabei namensgebend in einer zerebellaren Ataxie. Die Genmutation verhindert die Erkennung von Doppelstrangbrüchen in den Zellen, man findet in der zytogenetischen Untersuchung deshalb eine erhöhte spontane und induzierte Bruchrate. Das Nijmegen-Breakage-Syndrom stellt sich mit ähnlichen Symptomen und Mikrozephalie dar.

Bei anderen Krankheiten ist die Funktion der Proteine verändert, die modifizierte Basen aus der DNA herausschneiden. Zu diesen Krankheiten zählt die Xeroderma pigmentosum, hier reagiert der Organismus vor allem mit einer diffusen Neurodegeneration in Form von Mikrozephalie (Rolig/McKinnon, 2000). Caldecott hat zwei Erkrankungen beschrieben, die auf Genmutationen von replikationsunabhängigen Reparaturproteinen zurückzuführen sind, im Nervensystem symptomatisch werden und zu einer Neurodegeneration führen (Caldecott, 2004). Diese Erkrankungen, die spinozerebelläre Ataxie mit axonaler Neuropathie (SCAN1) und die Ataxie mit okular-motorischer Apraxia (AOA1), zeigen weder eine chromosomale Instabilität noch ein erhöhtes Krebsrisiko.

Nervenzellen sind postmitotische Zellen, bei ihnen entfällt die Replikation als weitere Kontrollstation. Die Reparaturmöglichkeiten sind somit in den Nervenzellen vermindert (Caldecott, 2004). Mangelnde Kontrollmechanismen und damit vermehrte DNA-Schäden gefährden die Zelle. Als Schutz davor wird über die Aktivierung von p53 der programmierte Zelltod eingeleitet.

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Bei den ALS-Patienten, die SOD-1-Mutationen aufweisen, kommt es zu einem Anstieg freier Radikale in den Neuronen. Diese schädigen Proteine und Lipide sowie die DNA, infolgedessen es zur Zelldegeneration kommt (Wong et al., 1995). Der Verdacht einer ursächlichen DNA-Schädigung gab Anlass zu zytogenetischen Untersuchungen bei Patienten mit sporadischer ALS.

Ein Patient mit ALS kombiniert mit einer früh beginnenden Demenz lieferte einen zytogenetischen Zufallsbefund mit einer konstitutionellen Translokation t(18;21)(q23;q22) (Prudlo, 2004). Um auszuschließen, ob die Kombination mit der Frontotemporalen Demenz Ursache für zytogenetische Auffälligkeiten ist, untersuchte Meyer auch Patienten mit der klassischen sALS. Unter 85 sALS-Patienten fanden sich weitere vier Patienten mit einer konstitutionellen Translokation zwischen unterschiedlichen Chromosomen. Allerdings zeigten asymptomatische Familienmitglieder in drei Patientenfamilien die gleichen konstitutionellen Translokationen bzw. Inversionen wie die Patienten (Meyer, 2003).

Die Tatsache, dass unterschiedliche strukturelle Veränderungen zu beobachten sind, auch bei neurologisch unauffälligen Personen, lässt vermuten, dass die Veränderungen genomische Risikofaktoren für den Ausbruch der ALS darstellen, nicht aber die alleinige Ursache sind. Der pathogenetische Zusammenhang zwischen den Chromosomenaberrationen und der ALS ist bisher nicht bekannt. Ein möglicher Schädigungsmechanismus könnte durch die Unterbrechung der Gene an den Bruchpunkten bedingt sein. Auf der Suche nach weiteren konstitutionellen chromosomalen Veränderungen zeichnete sich bei den untersuchten Patienten der ALS-Ambulanz des Universitätsklinikums

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Tabelle 2: Karyogramm einer sALS-Patientin.

Zellzahl

Chromosomenzahl

Karyotyp

12

46

46,XX

1

45

Chromosomenverlust

1

46

46,XX inv (7q), -13, +der(13), t(13;22)(q34;q11.2), del(14)(q24), +ace, inv(14)(q24-qter), -22.

1

45

45,X

1

47

47,XXX, del(11)(q11)

Ähnliche zytogenetische Befunde wurden bei weiteren sALS-Patienten gefunden. Das Entstehen einer erhöhten Frequenz von Chromosomenaberrationen kann in einem bisher unbekannten Mechanismus begründet sein, der eine chronische Degeneration motorischer Nervenzellen begünstigt und zugleich zu einer chromosomalen Instabilität führt. Diese Hypothese wird durch die Einzelbefunde von ALS-Patienten mit erhöhten somatischen Aberrationen unterstützt und wird in der vorliegenden Arbeit mit unterschiedlichen Methoden untersucht.

1.3  Fragestellung

Da Migliore (2002) bei einer weiteren neurodegenerativen Systematrophie, dem Morbus Parkinson, oxidative DNA-Schäden auch in Leukozyten und nicht nur in den betroffenen Zellen der Substantia nigra nachweisen konnte, wirft sich die Frage auf, ob man auch bei ALS-Patienten zytogenetische Auffälligkeiten in Lymphozyten des Blutes feststellen kann (Migliore et al., 2002). Lymphozyten lassen sich durch eine Blutentnahme einfach gewinnen und gut kultivieren. Oxidativ oder exogen verursachte DNA-Schäden können zytogenetisch durch strukturelle Aberrationen sichtbar gemacht werden.

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Folgende Methoden sollen eingesetzt werden, um Lymphozyten von ALS-Patienten auf strukturelle Chromosomenaberrationen zu untersuchen: Mittels GTG-Bänderung (G-Banden nach Trypsinierung und Giemsa) sollen die Patienten karyotypisiert und die Chromosomen analysiert werden. Eine Chromosomenanalyse kann Translokationen, Inversionen, Duplikationen, Deletionen und numerische Aberrationen sichtbar machen. Ein erhöhter Schwesterchromatidaustausch (SCE-Rate) kann, wie bei Patienten mit dem Bloom-Syndrom, mit chromosomaler Instabilität assoziiert sein (Sperling/Neitzel, 2003), deshalb sollen auch bei den in dieser Arbeit untersuchten ALS-Patienten die SCE-Raten bestimmt werden. Die Chromatidund Chromosomenbruchraten werden in einem Bruchversuch mit Bleomycin bestimmen. Bei diesem Versuch soll neben der spontanen Bruchrate auch die Bleomycin induzierte Bruchrate ermittelt werden. Bleomycin ist ein Zytostatikum aus der Gruppe der Antibiotika, das in die DNA interkaliert und damit Einzelstrang-und Doppelstrangbrüche verursacht. In Abhängigkeit von der Empfindlichkeit der DNA und der Aktivität und Effektivität des Kontroll- und Reparatursystems sind die Chromosomenbruchraten entsprechend hoch. Balancierte reziproke Translokationen, mit die häufigsten strukturellen Chromosomenaberrationen, lassen sich sehr effektiv und objektiv mittels Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) nachweisen. Dabei wird die zu untersuchende DNA mit einer komplementären, fluoreszenzmarkierten DNA hybridisiert. Die Ziel-DNA paart sich mit der Sonden-DNA, sodass nun die zu untersuchenden Sequenzen unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar werden. Hybridisiert man ganze Chromosomen mit fluoreszenzmarkierten Sonden, so werden Translokationen zwischen den Chromosomen durch einen Farbwechsel im Chromosom sichtbar. Auf diese Weise soll die spontane Translokationsrate von ALS-Patienten untersucht werden.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mittels verschiedener zytogenetischer Untersuchungen somatische Chromsomenaberrationen und ihre Häufigkeit in Lymphozyten von sALS-Patienten zu bestimmen. Diese Analysen werden in einer Fall-Kontroll-Studie durchgeführt.


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07.11.2006