Grundlagenforschung an Würmern liefert neue Einblicke in das Verheij-Syndrom

• Seltene genetische Erkrankung: Das Verheij-Syndrom verursacht in Kindern unter anderem Entwicklungsverzögerungen, Wachstumsstörungen und eine geringe Körpergröße.
• Vitamin B12 korrigiert Entwicklungsverzögerungen: Im Wurm-Modell stellte die Gabe von Vitamin B12 zentrale Stoffwechselprozesse wieder her und korrigierte Entwicklungsstörungen der Würmer.
• Von Grundlagenforschung zu Therapieansätzen: Die Forschung an C. elegans liefert neue Einblicke in Mechanismen und Hinweise auf mögliche therapeutische Strategien.

Das Verheij-Syndrom ist eine seltene genetische Erkrankung, die durch fehlerhaftes Spleißen, einem zentralen Prozess der RNA-Verarbeitung, ausgelöst wird. Forschende des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns zeigen nun im Modellorganismus Caenorhabditis elegans, dass diese Störung Stoffwechselwege beeinflusst, die auf Vitamin B12 angewiesen sind. Die Gabe von Vitamin B12 stellte im Wurm-Modell zentrale Stoffwechselprozesse wieder her und korrigierte Entwicklungsstörungen der mutierten Tiere. Analysen menschlicher Zellen und Blutproben von Patientinnen und Patienten liefern Hinweise auf vergleichbare Stoffwechselveränderungen. Die Ergebnisse könnten neue Ansatzpunkte für mögliche gezielte Therapien beim Verheij-Syndrom eröffnen.

Beim Spleißen wird Boten-RNA weiterverarbeitet, bevor daraus Proteine hergestellt werden. Dabei werden nicht benötigte Abschnitte entfernt und die übrigen Abschnitte korrekt zusammengesetzt. Ist dieser Prozess gestört, kann das weitreichende Folgen für die Zelle haben. Veränderungen in Genen, die am Spleißen beteiligt sind, können beim Menschen seltene Entwicklungsstörungen wie das Verheij-Syndrom verursachen. Betroffene Kinder zeigen unter anderem Entwicklungsverzögerungen, Wachstumsstörungen und eine geringe Körpergröße.

Die Studie begann mit Experimenten am Fadenwurm C. elegans, bei denen es darum ging, neue Gene zu identifizieren, die die Lebensdauer beeinflussen. Dabei rückte eine Mutation in einem Gen in den Fokus, das eine wichtige Rolle beim Spleißen spielt und beim Menschen mit dem Verheij-Syndrom in Verbindung steht. Die mutierten Würmer zeigten Eigenschaften, die zentrale Merkmale der Erkrankung widerspiegeln, so wuchsen sie langsamer und blieben kleiner.

Genetische Screens und Stoffwechselanalysen zeigten, dass in den mutierten Würmern Stoffwechselwege verändert sind, die auf Vitamin B12 angewiesen sind und für Wachstum und Zellfunktion wichtig sind. Die Gabe von Vitamin B12 normalisierte zentrale Stoffwechselprozesse weitgehend und korrigierte die Verheij-ähnlichen Entwicklungsstörungen der mutierten Würmer.

„Überraschend war für uns, dass eine Veränderung in einem grundlegenden Prozess der RNA-Verarbeitung so gezielt den Vitamin-B12-abhängigen Stoffwechsel beeinflusst“, sagt Jonathan Kölschbach, Erstautor der Studie. „Noch spannender war, dass wir die Folgen dieser Veränderung im Wurm-Modell durch Vitamin B12 weitgehend korrigieren konnten.“

Die Forschenden fanden zudem Hinweise auf entsprechende Stoffwechselveränderungen in Daten von Menschen. Zu diesem Zweck analysierte das Team öffentlich zugängliche Daten von menschlichen Zellen und arbeitete mit Hormos Dafsari, Neuropädiater am Universitätsklinikum Köln, zusammen, um Blutproben von Patienten mit Verheij-Syndrom zu erhalten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die im Wurm-Modell identifizierten Stoffwechselwege auch beim Menschen eine Rolle spielen könnten.

Ob Vitamin B12 auch Patientinnen und Patienten mit Verheij-Syndrom helfen kann, müssen zukünftige Studien zeigen. Die Ergebnisse legen jedoch nahe, dass Stoffwechselveränderungen bei Erkrankungen mit gestörtem Spleißen eine wichtigere Rolle spielen könnten als bisher angenommen. Damit könnte die Studie auch über das Verheij-Syndrom hinaus neue Ansatzpunkte für die Erforschung möglicher Therapien liefern.

„Unsere Studie ist ein gutes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung an Modellorganismen neue Einsichten in menschliche Erkrankungen liefern kann“, sagt Adam Antebi, Direktor am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns und Leiter der Studie. „Aus einer grundlegenden biologischen Frage kann so ein neuer Ansatz entstehen, der langfristig auch medizinisch relevant werden könnte.“