Gensequenzierung bei genetischen Störungen: Von Mutation zu Protein-Dysfunktion zu Therapie

Die Kenntnis der DNA-Sequenz eines Gens ermöglicht einen direkten Weg von Variante zu Mechanismus zu Behandlung.

Workflow

1. Variante identifizieren: Vergleich betroffener vs. nicht betroffener Genome (WES, WGS, Panels) → SNVs, InDels, CNVs, Splice-Varianten finden.
2. Gen-Ebene-Annotierung: Effekt auf Protein vorhersagen (Missense, Nonsense, Frameshift, Splice, regulatorisch). Tools: SIFT, PolyPhen, CADD, REVEL.
3. Protein-Einfluss: 3D-Struktur modellieren (AlphaFold, Homologie) → Stabilität, aktive Stelle, Protein-Protein-Interfaces, Lokalisierungssignale bewerten.
4. Funktionale Validierung: In-vitro-Assays (Enzymaktivität, Kanalleitfähigkeit, Bindung), zelluläre Modelle (patienten-iPSCs, CRISPR-editierte Linien), Tiermodelle.
5. Pfadweg-Integration: Protein in Pfade einordnen (z. B. CFTR in Cl⁻-Transport, Atemwegsoberflächenflüssigkeit). Nachgeschaltete Konsequenzen identifizieren.
6. Therapeutisches Targeting:
   • Korrektoren/Potentiatoren (CFTR-Modulatoren bei Zystischer Fibrose).
   • Antisense-Oligonukleotide (Nusinersen bei SMA).
   • Gentherapie (AAV-Vektoren).
   • Kleine Moleküle, die mutantes Protein stabilisieren.
7. Personalisierte Medizin: Genotyp leitet Arzneimittelwahl, Dosierung, Überwachung.

Beispiel: Zystische Fibrose

• CFTR-Gen sequenziert → >2000 Varianten klassifiziert (F508del am häufigsten).
• F508del → Fehlfaltung → ER-Retention → kein Kanal an der Membran.
• Korrektoren (Lumacaftor, Tezacaftor, Elexacaftor) + Potentiator (Ivacaftor) → Funktion wiederherstellen.
• Therapie ist nun genotypspezifisch (z. B. Trikafta für ≥1 F508del).

Sequenz → Struktur → Funktion → Therapie: das Paradigma der Präzisionsmedizin.