Erhöhte Mutationsverererbung durch ältere Männer

Neue Mutationen entstehen häufiger in somatische Zellen als in Gameten. Jedoch gibt es bestimmte krankheitserregende de novo Mutationen die, verglichen mit der durchschnittlichen Rate von spontanen Mutationen in unserem Genom, mit tausendfacher Wahrscheinlichkeit auftreten. Diese Mutationen kommen ausschließlich in männlichen Keimzellen vor und Kinder von älteren Vätern sind häufiger davon betroffen als Kinder von jüngeren Vätern. Dieses Phänomen ist als "Paternal age effect", kurz PAE, bekannt und wurde schon vor einem Jahrhundert beim Zwergwuchs, der sogenannten Achondroplasie, beobachtet. Achondroplasie wird durch eine Punktmutation im FGFR3 (Fibroblast Growth Factor Receptor 3) Gen verursacht, die zu einem dysfunktionalen, konstitutiv aktiven FGFR3 Rezeptor führt. Der biologische Mechanismus hinter den PAE-bedingten Mutationen ist noch nicht vollständig verstanden, aber neuere Studien zu PAE-Mutationen wie dem Apert Syndrom oder der Multiplen endokrinen Neoplasie Typ 2b (MEN2B), deuten darauf hin, dass die neu aufgetretenen Mutationen einen Selektionsvorteil für spermatogonische Stammzellen bringen, was zu einer häufigeren Teilungsrate führt. Grund dafür ist vermutlich eine Veränderung in der Signaltransduktion durch den mutanten Wachstumsfaktor-Rezeptor. Es ist aber immer noch unklar wie und in welchem Ausmaß bestimmte Mutationen das Wachstumverhalten von Keimbahn-Stammzellen beeinflussen. Außerdem stellt sich die Frage ob alle PAE-Mutationen demselben Mechanismus zugrunde liegen und ob andere Mechanismen, wie Apoptose oder Zelltod der onkogenen Expansion mutanter Keimzellen entgegenwirken. Das Ziel dieses Projektes ist verschiedene Mutationen im FGFR3 Rezeptor auf DNA-Ebene zu untersuchen, um eine bessere Einsicht in die Biologie der PAE-Mutationen zu erlangen. Im Speziellen werden wir zwei Mutationen untersuchen die Achondroplasie hervorrufen (c.1138G>A und c.1138G>C), sowie eine Mutation die TD II (Thanatophoric Displasia II) verursacht (c.1948A>G). Diese drei Mutationen unterscheiden sich sowohl in der Mutationsrate, als auch im Aktivierungsgrad des FGFR3 Rezeptors. Wir werden die Häufigkeit dieser drei Mutationen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien der männlichen Samenzellen (von Spermatogonien bis zu aktiven Spermien) in Probanden verschiedener Altersgruppen messen. Dazu haben wir eine höchst sensible Technik entwickelt, die es ermöglicht seltenste Mutationen zu detektieren. Mithilfe dieser Technik werden wir erste Einblicke in die Beziehung von Mutation, Selektion und Zelltod in verschiedenen Entwicklungsstadien der Spermatogenese gewinnen und beginnen zu verstehen welchen Beitrag diese Faktoren im "Paternal age effect" spielen.

Unser Erbgut, welches im DNS kodiert wird, ist unter ständiger Veränderung. Diese Veränderungen, auch Mutationen genannt, können auch in den Keimbahnen der Eltern entstehen und somit jedem Kind ganz neue Eigenschaften geben. Jüngste Fortschritte in der individuellen Genomsequenzierung zeigten, dass die Mehrheit der neuen Mutationen aus den männlichen Keimbahnen stammen. Einige davon haben ganz besondere Eigenschaften: sie sind mit genetischen Krankheiten verbunden und deren Häufigkeit und Vererbung, im Vergleich zu anderen Mutationen, ist tausendfach erhöht und nimmt mit dem väterlichen Alter zu. Warum verblieb bisher ungelöst. Ziel dieser Forschung war die Verbreitung dieser besonderen Mutationen in den männlichen Keimbahnen zu messen, um deren Entstehung und Vererbung besser zu verstehen. Für diesen Zweck haben wir eine hochauflösende Technologie entwickelt die Millionen von einzelne DNS Stränge analysieren kann, um somit die Mutationsrate, dieser trotzdem seltenen- und schwer messbaren Veränderungen genau zu bestimmen. Wir haben uns auf vier verschiedene Mutationen konzentriert die mit wachstumsbezogene Erbkrankheiten verbunden sind und die Funktion des Wachstumsrezeptors, FGFR3, in verschiedenen Ausmaße verändern. Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeit zeigten, dass zwei dieser verschiedenen Mutationen die Teilung der Stammzellen beeinflussen und als Mutationsclusters in den Hoden zu erkennen waren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Mutationen ihre eigene Verbreitung in den Stammzellen der männlichen Keimbahnen fördern. Diese Verbreitung wird durch die Veränderung der FGFR3 Funktion getrieben, wo stärkere aktivierende Mutationen des Wachstumsrezeptor FGFR3 besser verbreitet werden. Die Untersuchung wie die Mutationen während der Einwicklung der Stammzellen in die Samen übertragen werden, ergaben das erstaunliche Erkenntnis, dass die Mutationen welche einen stärkeren Einfluss auf die Funktion des FGFR3 Protein hatten, auch eine schlechtere Übertragung in die Spermien hatten. Somit konnten wir erstmals beweisen, dass Mutationen mit einer stärkeren Beeinträchtigung im Wachstumsprotein FGFR3, zwar mit dem Alter des Mannes in den Hoden verbreiten werden, jedoch nicht so oft übertragen werden wie schwächere Mutationen. Es bestand schon länger der Verdacht, dass verschiedene Entwicklungsmechanismen die Vererbung von Mutationen, die in den Keimbahnen entstehen, entgegenwirken und Mutationen verringern oder sogar beseitigen. Jedoch, steigt die Vererbung von schwächeren Mutationen mit dem Alter des Mannes an und somit auch das verbundene Risiko des verspäteten Kinderwunsches in unserer Gesellschaft.