10.02.2022

Wie es zu umweltbedingten Krankheiten kommen kann

Neue Verbindungen zwischen Genetik und Epigenetik können die Entstehung von umweltbedingten Krankheiten erklären.

Warum werden wir krank? Schon lange versucht die Wissenschaft, das Rätsel um den Zusammenhang zwischen Genetik und Epigenetik bei der Entstehung von Krankheiten zu lösen. Eine Studie von Forschenden des Helmholtz Munich und dem Imperial College London hilft, umweltbedingte Erkrankungen besser zu verstehen und könnte sogar neue Biomarker und Wirkstoffziele für klinische Studien ausfindig machen (siehe Nature Genetics, online 3.1.2022).

Es sind nicht nur unsere Gene, die bestimmen, ob wir gesund bleiben oder krank werden. Diabetes oder Herzkreislauferkrankungen beispielsweise entstehen, weil genetische Faktoren auf Umwelteinflüsse treffen, die die Erkrankung schließlich auslösen. Rauchen ist einer der bekanntesten Umwelteinflüsse, der zu epigenetischen Veränderungen in unseren Zellen führen kann.

Wissenschaftler:innen versuchen daher, das Zusammenspiel von Genetik und Epigenetik im Detail zu entziffern, um besser zu verstehen, wie genau sich Krankheiten im Ursprung entwickeln.
Mit diesem Ziel vor Augen analysierten Forschende von Helmholtz Munich und dem Imperial College London große Datensätze von 7000 Personen aus Kohortenstudien. „Dabei entdeckten wir Millionen von Verbindungen zwischen der genetischen Substanz DNA und der epigenetischen Veränderung von DNA, die wir DNA-Methylierung nennen“, erklärt Melanie Waldenberger von Helmholtz Munich. DNA-Methylierungen sind eine chemische Veränderung unseres genetischen Codes und eine Folge epigenetischer Veränderungen in unseren Zellen.

„Diese neuen Verbindungen brachten uns auf eine spannende Fährte und wir entdeckten regulatorische Zellnetzwerke, die mit bestimmten Krankheiten und Risikofaktoren wie Bluthochdruck, rheumatoide Arthritis und dem Body-Mass-Index in Verbindung stehen“, berichtet Matthias Heinig, Helmholtz Munich. Die Wissenschaftler:innen konnten weiterhin bestätigen, dass genetische Faktoren und Umwelteinflüsse wie Rauchen oder Alter bei der DNA-Methylierung zusammenspielen. Außerdem identifizierten sie Gene, die sowohl einen Einfluss auf die DNA-Methylierung haben als auch mit Krankheiten in Verbindung stehen – dies ist für die Identifizierung krankheitsrelevanter molekularer Netzwerke unerlässlich. Die Studie liefert damit wichtige Erkenntnisse, um neue und verbesserte Therapiestrategien zu entwickeln.

Christian Gieger, Helmholtz München: „Unsere Ergebnisse ebnen den Weg für weitere wichtige Studien im Bereich der Epigenetik bei umweltbedingten Erkrankungen. Wir könnten damit neue Wirkstoffziele identifizieren oder Biomarker für Krankheiten entdecken, die neue klinische Studien ermöglichen.“

Ohne große Datensätze wäre diese Studie nicht möglich gewesen. Die Forschungsgruppe nutzte große Kohortendaten wie die KORA-Kohorte mit der zugehörigen KORA-Biobank des Instituts für Epidemiologie bei Helmholtz Munich und Kohorten vom Imperial College London unter der Leitung von John Chambers. Außerdem entwickelten die Wissenschaftler:innen eine eigene Lösung für deren Netzwerkanalyse. Dafür nutzen sie bewährte Werkzeuge wie GWAS (genomweite Assoziationsanalyse) und kombinierten sie mit neu entwickelten Methoden aus der künstlichen Intelligenz.

Alle Ergebnisse sind „open source“ und für künftige Studien frei verfügbar, einschließlich der Millionen identifizierter Verbindungen zwischen DNA und DNA-Methylierung (http://qtldb.helmholtz-muenchen.de/) und des computergestützten Modells für die Netzwerkanalyse (https://github.com/heiniglab/QTLnetwork).

Quelle: Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt


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