Bioinformatiker suchen Biomarker

Molekularen Signalen der Parkinson-Krankheit auf der Spur

Parkinson ist die zweithäufigste neurodegenerative Krankheit der Welt, jedoch ist über ihre Ursachen und den Verlauf nur wenig bekannt.

Um sie frühzeitig zu diagnostizieren, Prognosen zu erstellen und Therapien zu entwickeln, braucht es Biomarker, die auf die Entstehung und die Progression der Krankheit hinweisen. Bioinformatiker der Saar-Universität haben nach diesen Biomarkern gesucht und dabei ihr Augenmerk auf Ribonukleinsäuren (RNA) gelegt. Die Studie wurde in "Nature Aging" veröffentlicht.

portrait of andreas keller
Andreas Keller, Professor für klinische Bioinformatik der Universität des Saarlandes und Sprecher des Zentrums für Bioinformatik am Saarland Informatics Campus

© Oliver Dietze

Das Team um den Bioinformatik-Professor Andreas Keller und seinen Doktoranden Fabian Kern hat gezeigt, dass man anhand des Spiegels nicht-kodierender RNAs im Blut eines Parkinson-Patienten den Krankheitsverlauf nachvollziehen kann.  Für seine Studie hat es die molekularen Profile von mehr als 5000 Blutproben von über 1600 Parkinson-Patienten erstellt und ausgewertet. Dabei sind rund 320 Milliarden Datenpunkte entstanden, welche die Forscher mit Methoden der Künstlichen Intelligenz auf Biomarker der Parkinson-Krankheit untersucht haben. „Unser Projekt zählt damit zu den umfangreichsten RNA-Studien Welt“, sagt Andreas Keller, Leiter der Forschungsgruppe für klinische Bioinformatik an der Universität des Saarlandes und Sprecher des Zentrums für Bioinformatik am Saarland Informatics Campus.

portrait of fabian kern
Fabian Kern, Doktorand für klinische Bioinformatik der Universität des Saarlandes

© Thorsten Mohr

Besonders interessant war der Spiegel einer speziellen Klasse von Ribonukleinsäuren in den Blutproben, sogenannter microRNAs. MicroRNAs sind kurze, nicht kodierende Abschnitte der RNA, die bei der Umsetzung genetischer Information eine wichtige regulatorische Rolle spielen. „Da microRNAs im Blutkreislauf stabil sind, vielfältige Informationen für die Diagnose und Prognose enthalten und ihr Einfluss auf die Gene eines Organismus gut erforscht ist, betrachten wir sie als vielversprechende Kandidaten für belastbare Biomarker, auch im Kontext der Parkinson-Krankheit“, sagt Fabian Kern, Erstautor der Studie und Doktorand in Kellers Forschungsgruppe. Denn schon in anderen groß angelegten Studien konnte Andreas Kellers Gruppe microRNAs erfolgreich als diagnostische Biomarker für Alzheimer und Lungenkrebs identifizieren.

Für Parkinson haben die Saarbrücker Bioinformatiker nun nachgewiesen, dass die Krankheit im dritten Lebensjahrzehnt und ab dem 70. Lebensjahr in besonders starken molekularen Wellen verläuft. „Hinweis dafür ist die erhöhte Konzentration deregulierter microRNAs, die wir in Blutproben der entsprechenden Studien-Kohorten gefunden haben“, erklärt Andreas Keller. Die Blutproben zur Auswertung haben die Forscher von einer der größten Parkinson-Studien der Welt erhalten, der „Parkinson‘s Progression Markers Initiative (PPMI)“ aus den USA. Da es sich bei dem PPMI-Datensatz um eine Längsschnittstudie handelt, konnten sie insbesondere der Frage nachgehen, ob die Konzentration der microRNAs über die Zeitachse variiert und so Rückschlüsse auf den Verlauf der Krankheit ziehen. Darüber hinaus haben die Forscher ihre Ergebnisse anhand unabhängig gesammelter Proben einer zweiten Kohorte mit mehr als 1000 Patienten reproduziert, die ihnen durch das Centre for Systems Biomedicine in Luxemburg zur Verfügung gestellt wurden.

In der aktuellen Studie haben die Bioinformatiker der Saar-Universität mit Vollblutanalysen gearbeitet und die Gesamtkonzentration der microRNAs aller Blutzellen untersucht. Dabei konnten sie zeigen, dass der Informationsgehalt bestimmter Zelltypen abhängig von Lebensalter und Krankheitsabschnitt des Probanden schwankt. „In Zukunft wollen wir das Blut bis auf die Einzelzell-Ebene analysieren, wodurch wir wesentlich präzisere Aussagen treffen können“, sagt Keller mit Blick auf künftige Forschungsvorhaben.


Quelle: Universität des Saarlandes

16.03.2021

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