Die Sprache der Genetik ist Teil der Populärkultur geworden. „Musikalisches Können liegt in seiner DNA“, sagen wir. Fernsehwerbung lädt uns ein, DNA-Tests durchzuführen, die uns unser ethnisches Erbe mitteilen, oder, wie sie es ausdrücken, woraus wir „gemacht“ sind.“ Was kann uns die DNA darüber sagen, woraus Autismus besteht? Was sind die Möglichkeiten und Fallstricke der Genetik bei der Erklärung von Autismus und der Suche nach Behandlungen? Und wie interagieren Gene und unsere Umwelt, um Autismus zu beeinflussen? Wir hoffen, diese Fragen in diesem und zukünftigen Artikeln beantworten zu können, aber zuerst hilft es, aufzuschlüsseln, was diese Konzepte wirklich bedeuten.Die Wissenschaft der Genetik hat sich exponentiell weiterentwickelt, seit viele von uns – insbesondere diejenigen, die vor 1990 geboren wurden – Biologie studiert haben. Betrachten Sie als Beispiel für diese Verschiebung einen kulturellen Prüfstein, die Detektivgeschichte. In den letzten Jahrzehnten wurde DNA zum Star einiger Krimis wie CSI: Crime Scene Investigation und nahm den Platz ein, der einst von Sherlock Holmes oder Lt. Columbo besetzt war. Wir wissen, dass DNA wichtig ist, um Kriminelle zu fangen und längst verlorene Verwandte zu finden. Aber was genau ist dieses winzige Molekül, das so viele Informationen enthält?
DNA entschlüsseln
Kurz gesagt, DNA ist Desoxyribonukleinsäure, das Molekül, das die gesamte Bedienungsanleitung enthält, um Sie zu dem zu machen, was Sie sind. Ihre DNA kann in jeder Zelle Ihres Körpers gefunden werden, und wenn Sie keinen identischen Zwilling haben, ist sie im Wesentlichen einzigartig für Sie.1
DNA besteht aus vier Chemikalien, die durch die Buchstaben A, C, G und T dargestellt werden. (Dies ist die Doppelhelix, die Sie im Biologieunterricht studiert haben.) Der Buchstabe A verbindet sich immer mit T und C mit G. Blöcke dieser chemischen Paare, die Tausende bis 2 Millionen Paare lang sind, bilden ein einzelnes Gen.2″Unsere Gene sind wie eine Bedienungsanleitung oder ein Buch, das unser Körper liest, um Dinge zu bestimmen, wie wir aussehen, wie wir wachsen und wie wir funktionieren“, erklärte Alyssa Blesson, zertifizierte genetische Beraterin am Kennedy Krieger Institute in Baltimore.
Stellen Sie sich ein Gen als ein DNA-Paket mit einer bestimmten Aufgabe vor, z. B. die Herstellung eines Proteins, das Ihr Körper benötigt, oder die Schaffung von etwas. Gene enthalten die Anweisungen zur Herstellung von Hämoglobin, dem Protein in roten Blutkörperchen, das Sauerstoff von Ihrer Lunge zu anderen Teilen Ihres Körpers transportiert. Andere Gene haben die Aufgabe, Ihr Haar dunkelbraun, Ihre Augen haselnussbraun oder Ihre Blutgruppe O zu machen.
Ihre Gene – mehr als 20.000 davon – liegen auf 46 Chromosomen. Sie erhalten die Hälfte Ihrer Chromosomen – 23 um genau zu sein – von Ihrem biologischen Vater und die Hälfte von Ihrer biologischen Mutter. Die Sätze, die Sie von jedem Elternteil erhalten, stimmen überein (Sie haben jeweils zwei Kopien von Chromosom 1 bis 22), mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen. Mädchen erben ein X-Chromosom von jedem Elternteil; Jungen erben ein X von der Mutter und ein Y vom Vater.
Viele Jahre lang stammte das meiste, was wir über genetische Bedingungen wussten, aus der Analyse von Chromosomen oder bestimmten Genen. Einige Entwicklungsstörungen werden durch ein fehlendes oder zusätzliches Chromosom verursacht, das normalerweise bei der Empfängnis auftritt. Das Down-Syndrom wird durch drei Kopien von Chromosom 21 anstelle der üblichen zwei verursacht. Das Fragile X-Syndrom wird durch eine Veränderung eines einzelnen Gens auf dem X-Chromosom verursacht. Autismus betrifft eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Menschen mit Down-Syndrom (5 bis 10 Prozent3) und Fragile X (fast ein Drittel4). Wie Sie sehen können, wurden verschiedene genetische Bedingungen mit Autismus in Verbindung gebracht.Unser Wissen über die Autismus-Genetik – und die Genetik im Allgemeinen – begann im 21.Jahrhundert zu explodieren. Das ist ungefähr zu der Zeit, als Wissenschaftler aus der ganzen Welt die jahrzehntelange Aufgabe beendeten, alle Gene, die Menschen tragen, zu kartieren, was als menschliches Genom bezeichnet wird.
Laboratorien haben Tests entwickelt, mit denen sie Veränderungen in der DNA oder den Chromosomen einer Person erkennen können, selbst sehr kleine. Ein solcher Gentest – und es gibt viele – ist der Chromosomen-Microarray-Test. Für diesen Test sucht ein Labor nicht nur nach einem fehlenden oder zusätzlichen Chromosom, sondern auch nach einem fehlenden oder zusätzlichen Chromosomenstück. Abhängig von der Größe des Stücks kann eine Person ein oder mehrere zusätzliche oder fehlende Gene haben.
Diese Veränderungen auf einem Chromosom nennt man copy number variations oder kurz CNVs. Ein Arzt kann auch andere genetische Tests für jemanden mit Autismus empfehlen.5 Änderungen an einem einzelnen Gen oder an einem Stück eines Chromosoms werden manchmal als Mutationen bezeichnet.
Bedeutet genetisch vererbt?
Eine genetische Veränderung kann direkt von einem Elternteil vererbt werden, oder sie kann zum ersten Mal bei einem Kind auftreten, sagte Frau Blesson. Genetische Veränderungen, die nicht von Mama oder Papa geerbt werden, werden „de novo“ genannt,Was ein lateinischer Begriff ist, der „neu“ bedeutet.“ Es ist schwer genau zu sagen, warum eine bestimmte neue Mutation auftritt. Diese De-novo-Mutationen können erklären, warum jemand Autismus oder eine andere Erkrankung hat, wenn es sonst niemand in seiner Familie tut.Mutationen sind nicht unbedingt gut oder schlecht und können an zukünftige Generationen weitergegeben werden. Einige Mutationen beeinträchtigen die Gesundheit nicht, z. B. solche, die zu roten Haaren geführt haben. Andere können einen Vorteil bieten, wie eine Mutation, die Menschen vor Typ-2-Diabetes schützt.6
Seit den 1970er Jahren glauben Forscher, dass das Autismusrisiko stark von genetischen Faktoren beeinflusst wird, basierend auf Zwillingsstudien.7 Mehr als drei Viertel der Zeit, wenn ein eineiiger Zwillingsjunge Autismus hat, sein Zwilling tut es auch.8. Interessanterweise ist die Zahl nicht 100 Prozent, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren die Entwicklung von Autismus bei einem Kind beeinflussen. (Dazu später mehr.)
Die Jagd nach genetischen Veränderungen
CNVs, zusätzliche oder fehlende Teile eines Chromosoms, sind ein Schwerpunkt der Autismusforschung. Wenn genügend Menschen mit Autismus das gleiche CNV haben, können Forscher einen Zusammenhang mit Autismus vermuten. Durch die Untersuchung der Gene an diesem Ort und was sie tun sollen, hoffen Wissenschaftler herauszufinden, was Autismus verursacht – und möglicherweise eines Tages, was seine Symptome behandeln könnte.Forscher haben die DNA aus der Simons Simplex Collection untersucht, die 2.600 Familien umfasst, die jeweils ein Kind mit Autismus haben. Die Studie wird so genannt, weil sie von der Simons Foundation Autism Research Initiative oder SFARI finanziert wird. Wissenschaftler fanden heraus, dass neue genetische Veränderungen bei einem von 10 Kindern in diesem Simons-Projekt zu Autismus beitrugen.9
Die Forscher identifizierten fehlendes oder zusätzliches genetisches Material in bestimmten Bereichen auf den Chromosomen 1, 3, 7, 15, 16 und 22. Sie identifizierten auch 65 Gene, von denen sie glauben, dass sie zum Risiko beitragen, Autismus zu entwickeln. Interessanterweise wurden diese genetischen Veränderungen bei Kindern gefunden, deren IQ von niedrig bis hoch reichte. Das deutet darauf hin, dass diese besonderen Veränderungen Autismus beeinflussen, nicht Intelligenz.9
Und während Jungen und Mädchen Mutationen in den gleichen Bereichen hatten, hatten die Mädchen mehr von ihnen. Forscher sagen, dass dies daran liegen könnte, dass mehr Mutationen erforderlich sind, um Autismus bei Mädchen zu erzeugen, die ansonsten resistent gegen die Entwicklung der Erkrankung zu sein scheinen. Dies ist eine Theorie, die als „weibliche Schutzwirkung“ bezeichnet wird und zu erklären versucht, warum nur etwa 20 Prozent der Menschen mit Autismus Mädchen oder Frauen sind.9
In der SSC-Studie glauben Forscher, dass einige der Autismus-bezogenen Gene eine Rolle bei der Kommunikation von Nervenzellen spielen. Andere identifizierte Gene spielen eine Rolle in einem internen Schaltsystem, das bestimmte Gene ein- oder ausschaltet.Natürlich hatte die Mehrheit der Kinder im SSC-Projekt keine genetischen Veränderungen an diesen Hochrisikoorten für Autismus, zumindest nicht so, wie sie bei der Veröffentlichung dieser Studie im Jahr 2015 definiert wurden.
Während die genetische Forschung weitergeht, wächst die Zahl der verdächtigen CNVs und Gene. SPARK for Autism, ein weiteres Forschungsprojekt von SFARI, sucht nach CNVs und Genen, die mit Autismus auf allen Chromosomen assoziiert sind. SPARK verwendet eine „erste Liste von 11 CNVs und 78 einzelnen Genen“, so ein Artikel aus dem Jahr 2018 in der Fachzeitschrift Neuron.10,11 Diese Liste wächst ständig, SPARK hat erklärt.Familien, die an Forschungsprojekten wie SPARK teilnehmen, können herausfinden, ob sie und ihr Kind mit Autismus eine genetische Veränderung im Zusammenhang mit Autismus haben. (Hinweis: Die meisten genetischen Forschungsstudien liefern den Teilnehmern keine eigenen Testergebnisse.)
Habe ich eine Autismus-bedingte genetische Veränderung?
Eine häufigere Möglichkeit, dies herauszufinden, besteht darin, einen Arzt aufzusuchen, z. B. einen medizinischen Genetiker, der Tests empfehlen kann. Genetische Berater wie Frau Blesson helfen Familien bei der Entscheidung, ob und welche Art von Tests durchgeführt werden sollen. Sie helfen auch Familien und Patienten, ihre Testergebnisse zu verstehen.“Ich versuche, Familien zu helfen, eine diagnostische Odyssee zu navigieren, um herauszufinden, warum ihr Kind Autismus hat“, sagte Frau Blesson. „Wir beginnen mit dem Testen des Kindes. Wir versuchen, diese genetische Veränderung zu finden, die im Wesentlichen dazu geführt hat, dass er ein erhöhtes Risiko hat, Autismus zu entwickeln.“
Was passiert, wenn Tests auf eine bestimmte genetische Veränderung oder einen bestimmten Zustand hinweisen?Die meisten genetischen Erkrankungen haben keine spezifische Heilung oder Behandlung, aber es kann andere Vorteile haben, diese Informationen zu haben. Zu wissen, dass ein Kind eine bestimmte genetische Veränderung hat, kann Gesundheitsdienstleister alarmieren, um auf andere Bedingungen zu testen, die damit einhergehen können. Veränderungen in SCN2A, einem mit Autismus assoziierten Gen, könnten beispielsweise die Art der Epilepsiemedikation beeinflussen, die die Person einnimmt, so die wissenschaftliche Direktorin von SPARK, Pamela Feliciano, PhD.12
Außerdem können Familien auch erfahren, was sie in Zukunft erwarten können, wenn diese Informationen verfügbar sind.“Manchmal ist Wissen Macht“, sagte Frau Blesson. „Wenn wir eine genetische Diagnose stellen, wenn es Selbsthilfegruppen oder Organisationen anderer Personen mit derselben genetischen Veränderung gibt, kann es hilfreich sein, sich mit diesen Personen oder Familien zu verbinden.“Einige Eltern möchten wissen, ob sie auch die genetische Veränderung ihres Kindes teilen und ob sie sie an ein zukünftiges Baby weitergeben könnten. Sie könnten sich selbst testen lassen, um mehr zu erfahren, sagte Frau Blesson.Natürlich können viele Menschen, die sich Tests unterziehen, überhaupt keine Mutationen finden, Veränderungen von unbekannter Bedeutung finden oder nicht verwandte Informationen erfahren.Einige Menschen haben Bedenken wegen Diskriminierung aufgrund ihrer genetischen Testergebnisse, sagte Frau Blesson. Ein US-Gesetz, der Genetic Information Nondiscrimination Act, soll Menschen vor genetischer Diskriminierung in der Krankenversicherung und am Arbeitsplatz schützen. Einige staatliche Gesetze können weiteren Schutz bieten. (Siehe weitere Ressourcen unten.)
Genetik und Umwelt
Die Ursachen von Autismus sind äußerst kompliziert.
„Die Ursachen von Autismus sind extrem kompliziert. In den meisten Fällen glauben wir, dass viele Faktoren zu seiner Entwicklung beitragen, nicht nur das eine oder andere „, sagte der Epidemiologe Craig Newschaffer, PhD, in einem Interview mit Autism Speaks aus dem Jahr 2017.13
Forscher untersuchen weiterhin die Rolle der „Umwelt“ beim Autismusrisiko. Umwelt bedeutet in diesem Zusammenhang mehr als die natürliche Welt, obwohl sie Umweltverschmutzung, Pestiziden und gefährlichen Chemikalien ausgesetzt ist. Es umfasst auch viele andere Dinge, vom Alter der Eltern, wenn sie ein Kind empfangen; der Gesundheitszustand, die Krankheiten und die Ernährung einer schwangeren Frau; und Ereignisse, die bei und nach der Geburt eines Babys passieren.Zum Beispiel haben Studien vorgeschlagen, dass die Exposition gegenüber Luftverschmutzung, landwirtschaftlichen Pestiziden und gefährlichen Chemikalien das Autismusrisiko erhöht.14-18 Kinder älterer Eltern und Kinder, deren Mütter während der Schwangerschaft Probleme hatten, wie Schwangerschaftsdiabetes und Blutungen, haben ebenfalls ein höheres Risiko, an Autismus zu erkranken.19
Wissenschaftler auf dem Gebiet der Epigenetik untersuchen Bedingungen in der Umgebung eines Menschen, die Gene aus- oder einschalten, ohne seine Gene selbst zu verändern. Diese epigenetischen Einflüsse können positiv oder negativ sein. Dazu gehören die Ernährung einer Person, Bewegung, psychischer Stress, soziale Interaktionen und die Exposition gegenüber Krankheiten, Drogenmissbrauch, Medikamenten und giftigen Chemikalien.20 Diese Expositionen können die „chemischen Faktoren beeinflussen, die am Rückgrat der DNA haften“, erklärte Dr. Newschaffer in einem Online-Seminar für Mitglieder von IAN und SPARK for Autism.
Interessanterweise können diese Veränderungen in der Genfunktion von Elternteil zu Kind weitergegeben werden. Zum Beispiel machen Männer ihr ganzes Leben lang Spermien, sagte Dr. Newschaffer, Professor für Epidemiologie und Biostatistik und stellvertretender Dekan für Forschung an der Drexel University. Ihre Exposition gegenüber Chemikalien und anderen Umweltfaktoren kann epigenetische Veränderungen an Spermien verursachen, die ihre Babys beeinflussen können, sagte er.Um mehr darüber zu erfahren, wie unsere Gene, Umwelteinflüsse und Epigenetik interagieren, lesen Sie bitte DNA und die Umwelt: Was bestimmt, wie unsere Gene funktionieren?