Diagnostiksysteme

Arteriosklerose

Arteriosklerose ist eine progressive Krankheit charakterisiert durch die Ansammlung von Lipiden und fibrotischen Elementen in den Arterien. Die frühen arteriosklerotischen Läsionen bestehen aus subendothelialen Akkumulationen von fetthaltigen Makrophagen, sogenannten Schaumzellen. Diese Läsionen, auch ‚fatty streaks‘ genannt, können in der Aorta und mit fortschreitendem Alter auch in den koronaren und den zerebralen Arterien nachgewiesen werden. Die ‚fatty streaks‘ sind Vorläufer von fortgeschrittenen Läsionen, die durch die Akkumulation von Lipid-reichem nekrotischem Debris und glatten Muskelzellen charakterisiert sind. Diese Plaques können durch Kalkeinlagerungen, Geschwürbildung und Blutungen zunehmend komplexer werden. Obwohl diese Ansammlungen ausreichend groß werden können um den Blutfluss zu stoppen, ist die wichtigste klinische Komplikation eine akute Verstopfung durch die Bildung eines Embolus, der zu einem Herzinfarkt oder Schlaganfall führen kann. Zu den Risikofaktoren von Arteriosklerose zählen Umweltfaktoren, fettreiche Ernährung, Nikotinkonsum, Bewegungsmangel und Infektionen. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Faktoren mit einer starken genetischen Komponente wie erhöhtes LDL/VLDL (low density- und very-low density Lipoprotein), verringertes HDL (high density Lipoprotein), Bluthochdruck, erhöhte hämostatische Faktoren, erhöhtes Homocystein, Diabetes mellitus, Adipositas und das Geschlecht.Genomisch-epidemiologische Studien haben Kanditatengene identifiziert, die eine signifikante oder suggestive Erkrankungsassoziation aufzeigen. Die in Tabelle 1 beschriebenen Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) und Variationen konnten mit der Entstehung von Arteriosklerose und deren Folgeerkrankungen assoziiert werden.

GenoChip ARTERO

Durch eine Genotypisierung der in Tabelle 1 beschriebenen Parameter mit dem GenoChip ARTERO können diejenigen Personen erkannt werden, die ein erhöhtes Risiko haben an Atherosklerose und deren Folgeerscheinungen zu erkranken. Durch die schnelle und einfache Handhabung des Tests wird somit eine frühe Prävention und Intervention ermöglicht.

Tabelle 1: Parameter, die mit Arteriosklerose in Verbindung stehen
Eigenschaft Gen Variation
Cholesterin Metabolismus und Regulation ApoE Cys112Arg
Cys158Arg
CETP Taq1B
Val405Ile
Asp442Gly
SelE Ser128Arg
Methylierung/Homocystein Metabolismus MTHFR C677T
A1298C
Bluthochdruck GNB3 C825T
AGT Met235Thr
Gerinnung Faktor II G20210A
Faktor V Leiden Arg506Gln
GP3a C1565T
PAI-I 4G/5G
Oxidierung CYBA*8 Cys242Thr

 

Referenzen:

  1. Lusis, A. J. Atherosclerosis. Nature 407(2000), 233-241
  2. Libby P., Ridker P. M., Hansson G.K. Progress and challenges in translating the biology of atherosclerosis. Nature 473 (2011), 317-325

Zystische Fibrose

Die Mukoviszidose oder Zystische Fibrose (Cystic Fibrosis, CF) ist eine Erkrankung hervorgerufen durch eine Fehlfunktion des sekretorischen Epithels aller exkretorischen Drüsen. Sie basiert auf einem genetischen Defekt des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR-) Gens, wird autosomal rezessiv vererbt und ist die häufigste angeborene Stoffwechselerkrankung der kaukasischen Bevölkerung. Die Häufigkeit von Zystischer Fibrose im deutschsprachigen Raum ist sehr hoch: Eines von 2500 Neugeboren ist von dieser Krankheit betroffen. Dies entspricht ca. 300 Kindern pro Jahr, die in Deutschland mit Zystischer Fibrose zur Welt kommen [1].
Im Vergleich dazu leidet nur jeder 10.000 an dem Gendefekt der Parkinsonschen Krankheit. Die Folge des genetischen Defekts ist eine Elektrolyttransportstörung. Ein für die zelluläre Chloridpermeabilität verantwortliches Protein wird nicht oder nur funktionsuntüchtig gebildet, bzw. erreicht nicht die Zellwand. Die exokrinen Drüsen sezernieren ein wasserarmes, meist hochviskoses Sekret, das aus den Drüsen nicht abfließen kann, sie verstopft und Entzündungen hervorruft. Daraus resultiert ein syndromales Krankheitsbild mit den dominierenden klinischen Manifestationen der chronischen obstruktiven Lungenerkrankung und der exokrinen Pankreasinsuffizienz. Der Median der Überlebenswahrscheinlichkeit der CF-Patienten beträgt derzeit 36,4 Jahre. [2] [3] [4]

 

GenoChip CF Kit

Mit dem GenoChip CF Kits werden die 47 häufigsten Mutationen des CFTR - Gens, sicher und schnell detektiert. Durch die intelligente Aufteilung auf zwei separtae Assays (siehe Tabelle) eignet sich der Test ebenso gut für ein Heterozygoten Screening für Ehepaare mit Kinderwunsch wie für ein Neugeborenen Screening.

Parameter Panel1

Häufigkeit in der deutschen Bevölkerung in %

Parameter Panel 2

Häufigkeit in der deutschen Bevölkerung in %

Tabelle 1: Marker der GenoChip CF Panel 1 & 2 und ihre Häufikeit in der deutschen Bevölkerung (Quelle: GfH 2011)
F508del 70,2 CFTR del 2,3 1,5
N1303K 2,5 2143delT 0,6
G542X 2,1 2183AA>G 0,6
G551D 2,0 1078delT 0,3
R553X 1,5 Y1092X 0,3
R347P 1,4 M1101K 0,3
1717-1G>A 1,2 394delTT 0,15
3849+10kb C>T 1,1 R347H n.a.
R117H 0,9 I148T n.a.
2789+5G>A 0,8 E92X n.a.
W1282X 0,4 S549N n.a.
3659delC 0,4 S549R n.a.
R334W 0,3 V520F n.a.
R1162X 0,3 3905 ins T n.a.
I507del 0,2 Y122X n.a.
621+1G>T 0,15 3876delA n.a.
2184delA 0,15 E60X n.a.
G85E n.a. R75X n.a.
A455E n.a. 444delA n.a.
711+1G>T n.a. G178R n.a.
1898+1G>A n.a. Q493X n.a.
R560T n.a. 1812-1G>A n.a.
3120+1G>A n.a. D1552H n.a.
G1349D n.a.    

Quellen:

[1] Universitätsklinikum Jena,
„http://www.htchirurgie.uniklinikum-jena.de/Thoraxchirurgie/Mukoviszidose.html“, abgerufen am 24.11.2011, 8:42 Uhr
[2] G. Dockter, H. Lindemann, B. Tümmler (1992): Mukoviszidose-Zystische Fibrose. Thieme Verlag, Stuttgart, 4. neu bearbeitete Auflage
[3] A. Vankeerberghen, H. Cuppens, and J.-J. Cassisman (2002): The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator: an intriguing protein with pleiotropic functions. Journal Cystic Fibrosis 1, S. 13-29
[4] M. Stuhrmann-Spangberg, C. Aulehla-Scholz, B. Dworniczak, J. Reiss (2009): Leitlinie zur molekulargenetischen Diagnostik der Cystischen Fibrose. Medizinische Genetik 2, 286-275
[5] Gesellschaft für Humangenetiki, GfH 2011

 

5-FU

Neben Einflüssen wie Alter, Geschlecht, Ernährung und Komedikation können insbesondere genetische Faktoren die Enzymaktivität beeinflussen. Es ist bekannt, dass Patienten, die keine bzw. eine stark reduzierte Aktivität des Enzyms Dihydropyrimidin-Dehydrogenase (DPD) aufweisen, unter Therapie mit 5-Fluorouracil (5-FU) ein erhöhtes Risiko für das Auftreten schwerer bis tödlicher Nebenwirkungen (gemäß WHO Grad 3-4) haben.

5-Fluorouracil ist ein Zytostatikum, das standardmäßig zur Therapie von Tumorerkrankungen eingesetzt wird. Die Untersuchung des DPYD-Gens, welches für das DPD Enzym kodiert, kann helfen das genetisch bedingte Risiko für das Auftreten von Nebenwirkungen stark zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Träger einer der untersuchten genetischen Varianten des DPYD-Gens können somit vor Beginn einer Therapie ermittelt und ggf. mit einer alternativen Therapie oder mit deutlich reduzierter Dosierung behandelt werden. Die häufigste Veränderung des DPYD-Gens ist die DPD*2A (Exon-14-Skipping) Mutation. Diese Mutation führt zur Deletion eines 165 Basenpaar großen Fragmentes im Exon 14 und somit zum Verlust der normalen Enzymaktivität. Von allen Patienten, die trotz Exon-14-Skipping mit 5-FU behandelt werden, erfahren bis zu 40 % schwere Nebenwirkungen (Grad 4). In vielen Fällen kann daher das Vorliegen einer enzymatischen Reduktion bzw. einer 5-FU-bedingten Nebenwirkung mit der Exon-14-Skipping Mutation im DPYD-Gen erklärt werden.

GenoChip 5-FU

Da die DPD*2A (Exon-14-Skipping) Mutation jedoch nicht die einzige im DPYD-Gen ist, die eine Verminderung der Enzymaktivität bewirkt, können mit dem GenoChip 5-FU insgesamt 13 solcher Genvarianten getestet werden.

Tabelle 1: DPYD Genvarianten und ihre Häufigkeit in der weißen Bevölkerung
Genvariante Allelfrequenz
DPYD*2A 1 %
DPYD*3 1%
DPYD*4 2 %
DPYD*5 14 %
DPYD*6 Unbekannt
DPYD*7 Unbekannt
DPYD*8 Unbekannt
DPYD*10 4 %
DPYD*12 Unbekannt
DPYD*13 1 %
DPYD M166V 8 %
DPYD A551T Unbekannt
DPYD D949V 0,6 %

Kann mit Hilfe der alleinigen Bestimmung der Exon-14-Skipping Mutation keine Erklärung für das Auftreten starker Nebenwirkungen gefunden werden, ist u.a. eine weitere molekulargenetische Analyse des DPYD-Gens in Betracht zu ziehen (s.o.).

Eine derartige Genotypisierung kann helfen, medikamentöse Therapien individuell zu optimieren und unerwünschte Nebenwirkungen zu vermeiden. Individuelle, nicht genetisch bedingte Faktoren sollten jedoch zusätzlich auch immer mit untersucht werden, um eine bestmögliche Patiensicherheit zu gewährleisten.

 

Nutrigenetik

Nutrigenetik und Nutrigenomik bezeichnen den Einfluss genetischer Faktoren auf die Wirkung von Ernährungsfaktoren. Beide liefern Erkenntnisse über die Mechanismen der Nährstoff-Gen-Wechselwirkungen und können zur Entwicklung von neuen Strategien zur individualisierten Behandlung ernährungsbedingter Krankheiten, wie z.B. enzymatisch bedingter Nahrungsmittelintoleranzen, beitragen. Eine enzymatisch bedingte Nahrungsmittelintoleranz ist die Unfähigkeit eines Organismus bestimmte Nahrungsbestandteile zu metabolisieren. Ursache hierfür sind Mutationen in jenen Genen, die für die entsprechenden Enzyme kodieren. Sowohl Nutrigenetik, als auch Nutrigenomik bezeichnet die Wechselwirkung zwischen der durch die Gene definierten Antwort von Individuen auf die ihnen zugeführte Nahrung, allerdings aus unterschiedlichen Blickwinkeln:

Nutrigenomik untersucht generelle Prinzipien, die bei der Mehrheit der Bevölkerung zu einer Verbesserung der Gesundheit führen.

Nutrigenetik untersucht Auswirkungen der zugeführten Nahrung auf ein einzelnes Individuum.

Die Abgrenzung der Begriffe der Nutrigenomik und Nutrigenetik ist in der Literatur häufig unscharf; die Begriffe werden oft inkorrekt angewendet. Innovative Technologien eröffnen in diesem Rahmen neue Forschungsmöglichkeiten mit einem grossen Potenzial für Verbesserungen der aktuellen Möglichkeiten der Prävention.

GenoChip FOOD

Der GenoChip FOOD detektiert bis zu 7 genetisch bedingte Nahrungsmittelunverträglichkeiten (Tabelle 1) in einer Reaktion. Die schnelle und einfache Durchführung des Tests, sowie ein umfangreicher Medizinischer Report machen den GenoChip FOOD Kit zu einem idealen Werkzeug für die Nutrigenetik und Nahrungsmittelberatung.

Parameter Marker
Tabelle 1: Nahrungsmittelunverträglichkeiten und die damit verbundenen genetischen Marker des GenoChip FOOD Kits
Alkoholintoleranz
  • ADH2*2
  • ALDH2*2
Fruktoseintoleranz
  • ALDB 149
  • ALDB 174
  • ALDB 203
  • ALDB 334
Saccharoseintoleranz
  • SI 117
  • SI 340
  • SI 620
  • SI 1098
Laktoseintoleranz
  • -13910 T/C
Glucose - 6 - Phosphate - Dehydrogenase Mangel
  • Ser 188 Phe
Hereditäre Hämochromatose
  • H63D
  • C282Y
Zöliakie (nur Ausschlussdiagnostik)
  • HLA-DQ2 (DQA1*05, DQB1*02)
  • HLA-DQ8

 

Leberentgiftung

Der menschliche Körper ist kontinuierlich körperfremden und zum Teil toxischen Substanzen ausgesetzt. Zu diesen sogenannten Xenobiotika gehören unter anderem Medikamente, Genussmittel und Chemikalien. Viele dieser Fremdstoffe können nicht direkt ausgeschieden werden, da sie lipophil, d. h. kaum bis gar nicht wasserlöslich sind. Die Biotransformation verhindert die Ansammlung der Xenobiotika im Körper indem die lipophilen Stoffe in hydrophilere umwandelt, die dann vom Körper ausgeschieden werden können. Durch die Biotransformation können aber auch Prodrugs (inaktive Medikamenten-Vorläufer) in ihre aktiven Wirkstoffe überführt werden.

Die Biotransformation wird in drei Phasen eingeteilt. In der ersten Phase, auch Funktionalisierungsphase, werden funktionelle Gruppen in die Fremdstoffe durch Oxidation, Reduktion oder Hydrolyse eingefügt. In Phase II werden die Fremdstoffe oder Zwischenprodukte der ersten Phase mit endogenen, meist stark wasserlöslichen funktionellen Gruppen verbunden (Konjugationsreaktion). Die dritte Phase umfasst den Export der wasserlöslichen Stoffe aus den Zellen. Kann dieser Prozess aufgrund von Veränderungen in den Enzymen, bedingt durch Polymorphismen oder Variationen, nicht mehr normal ablaufen, können schwerwiegende Komplikationen verursacht werden. Die körperfremden Stoffe werden im Körper angereichert und können so starke Nebenwirkungen oder Erkrankungen, wie z. B. Krebs auslösen. Andererseits werden Prodrugs nicht mehr aktiviert und können ihre Wirkung nicht entfalten.

Während der Biotransformation, aber auch durch Medikamente und Umweltgifte, können reaktive Sauerstoffspezies (engl. Reactive oxygen species, ROS) entstehen, die schädlich für jegliche Biomoleküle sind. Die Aufgabe des antioxidativen Schutzsystems ist es, die ROS zu eliminieren, bevor Zellschäden auftreten. Sind die verantwortlichen Enzyme durch Mutationen nicht mehr in der Lage die ROS abzubauen, kann dies zur Entstehung zahlreicher Krankheiten wie z. B. Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen, beitragen.

GenoChip Toxo

Bisher konnten zahlreiche Polymorphismen und Variationen in Genen identifiziert werden, die im Zusammenhang mit der Entgiftung des Körpers stehen. Durch eine Genotypisierung dieser Mutationen werden diejenigen Personen identifiziert, die ein erhöhtes Risiko für die oben genannten Komplikationen haben.  

Tabelle 1: Allele, die mittels GenoChip Toxo detektiert werden können.

Eigenschaft

Gen

Variation

rsNummer

Phase I Biotransformation

CYP1A1

*2A (3798T>C)

rs4646903

CYP1A2

*1C (-3860G>A)

rs2069514

*1F (-163A>C)

rs762551 

CYP2C9

*2 (430C>T)

rs1799853 

*3 (1075A>C)

rs1057910

CYP2C19

*2 (19154G>A)

rs4244285

*3 (17948G>A)

rs4986893                

*17 (-806C>T)

rs12248560

CYP3A5

*2 (27289C>A)

rs28365083                 

*3 (6986G>A)

rs776746                 

Phase II Biotransformation

GSTM1

14kb Deletion

 

GSTT1

50kb Deletion

 

GSTP1

A>G (Ile105Val)[mf1]

rs1695

NAT2

481C>T

rs1799929

590G>A

rs1799930

857G>A

rs1799931

COMT

G>A

rs4680

Phase III Biotransformation

MDR1

3435C>T

rs1045642

Antioxidatives System

SOD2

C>T

rs4880

CAT

-262C>T

rs1001179

CYBA

242C>T

rs4673

 
Referenzen:
 
Coleman M. D. Human Drug Metabolism: An Introduction. 2. Auflage, 2010. Hoboken, NJ, USA: Wiley-Blackwell.
 
Ernst B., Vögtli A. Moderne Pharmakokinetik: Transport durch Membranen. 1. Auflage, 2010. Weinheim, Deutschland: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA.
 
Karlson P., Doenecke D., Koolman J., Fuchs G., Gerok W. Karlsons Biochemie und Pathobiochemie. 5. Auflage, 2005. Stuttgart, Deutschland: Thieme Verlagsgruppe.