Seltene Marmorknochenkrankheit besiegen
Deutsche, Israelis und Palästinenser erforschen gemeinsam Erbkrankheit

Universität Ulm

Die „Marmorknochenkrankheit“ (Osteopetrose) ist eine Erberkrankung mit schweren Folgen: Durch eine Störung beim Knochenabbau und einer dementsprechend erhöhten Knochendichte ist das Wachstum betroffener Kinder gehemmt. Darüber hinaus kann eine Schädigung der Hirn- und Sehnerven zu geistigen Defiziten und zur Erblindung führen. Eigentlich gilt die Osteopetrose als seltene Erkrankung, doch bei palästinensischen Großfamilien tritt sie auffällig häufig auf. Um die Ursachen dieser Erbkrankheit zu ergründen und neue Therapieansätze zu entwickeln, bündeln deutsche, israelische und palästinensische Forschende ihre Kompetenzen. Ihre Forschungsergebnisse kommen nicht nur von Osteopetrose betroffenen Familien in den Palästinensergebieten zugute, sie könnten auch zu einem tieferen Verständnis der Volkskrankheit Osteoporose („Knochenschwund“) führen. Nun hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) eine Weiterförderung des trilateralen Projekts bis 2022 mit rund 570 000 Euro beschlossen.

Ein ausgeglichener Knochenauf- und -abbau ist die Grundlage eines gesunden Skeletts. Bei häufigen Erkrankungen wie Osteoporose oder bei der seltene Marmorknochenkrankheit (Osteopetrose) ist diese Balance gestört. Wird die Erbkrankheit Osteopetrose frühzeitig erkannt, können betroffene Kinder durch eine Knochenmarktransplantation geheilt werden – doch diese Behandlung ist riskant. Jetzt wurde bei Osteopetrose-Patienten aus den besonders betroffenen Palästinensergebieten eine Erbgutveränderung entdeckt, die der Schlüssel zu alternativen Therapieansätzen sein könnte. Dieser Erbgutveränderung geht eine internationale Forschergruppe um den Ulmer Biologen Professor Jan Tuckermann auf den Grund – insbesondere mithilfe von genetischen und zellbiologischen Methoden. In ihrem trilateralen Forschungsprojekt arbeiten die Naturwissenschaftler der federführenden Universität Ulm eng mit dem renommierten israelischen Weizmann-Institut sowie mit der Bethlehem University (Palästinensische Autonomiegebiete) zusammen.

Als erster Erfolg ist es den Forschenden gelungen, die Stammbäume von Trägern der Erbgutveränderung zu rekonstruieren und zu erweitern: Es handelt sich um zwei palästinensische Großfamilien, in denen oftmals arrangierte Eheschließungen unter Cousinen und Cousins zu einer Verbreitung der mit Osteopetrose verbundenen Mutation geführt haben. „Aufgrund unserer Ergebnisse konnten wir eine Aufklärungskampagne anstoßen. Zudem soll im Heimatdorf der betroffenen Familien eine Außenstelle des Krankenhauses in Hebron aufgebaut werden“, berichtete der palästinensische Wissenschaftler Professor Moien Kanaan.

Riesige Osteoklasten als möglicher Krankheitsauslöser

Und auch den molekularen Ursachen der Marmorknochenkrankheit sind die Forschenden auf der Spur: Ausgehend von der neu entdeckten Mutation haben die israelischen Kooperationspartner um Professor Ari Elson die Osteopetrose in Mausmodellen simuliert. So können die Forschenden die Auswirkung der Erbgutveränderung bis auf die molekulare Ebene ergründen. „Als Ursache der Osteopetrose hatten wir mit einer fehlerhaften Bildung der knochenabbauenden Zellen, der so genannten Osteoklasten, gerechnet. Doch im Modell haben wir einen ganz anderen Mechanismus entdeckt: Tatsächlich vereinigen sich Vorläuferzellen aus dem blutbildenden System zu gigantischen Osteoklasten. Eine ,Bremse‘, die den Fusionsprozess stoppt, greift hier nicht“, erklärt Professor Jan Tuckermann. Die Bildung dieser Riesenzellen könnte also Krankheitsursache und therapeutischer Ansatzpunkt sein. Wie beim menschlichen Patienten bessern sich die Symptome der Osteopetrose im Mausmodell nach einer Knochenmarktransplantation: Die Größe der „Riesenzellen“ normalisiert sich und auch die Anzahl knochenaufbauender Zellen (Osteoblasten) steigt wieder an. Im Modell hatten die Forschenden nämlich weiterhin eine Abnahme der Osteoblasten beobachtet – womöglich durch eine fehlerhafte Informationsübertragung zwischen knochenabbauenden und knochenaufbauenden Zellen.

Forschungsergebnisse könnten auch Osteoporose-Patienten nützen

Würde es gelingen, bei der Osteoklastenfusion die molekulare Bremse anzuziehen und somit die Bildung von Riesenzellen zu verhindern, könnte das Fortschreiten der Marmorknochenkrankheit gestoppt werden. Von dieser Erkenntnis würden nicht nur von Osteopetrose betroffene palästinensische Familien profitieren. Auch bei der Volkskrankheit Osteoporose, bei der zu viel Knochen abgebaut wird, scheint die molekulare Bremse eine Rolle zu spielen. Somit könnte ein tieferes Verständnis einer seltenen Erbkrankheit (Häufigkeit ca. 1:200 000) rund acht Millionen Osteoporose-Patienten alleine in Deutschland zugutekommen.

Das Forschungsprojekt wird als „Trilaterale Fernost-Kooperation“ seit 2016 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit insgesamt rund 1,5 Millionen Euro gefördert und hat in mehreren Ländern zur Gründung neuer Osteopetrose-Konsortien beigetragen – in Europa unter Beteiligung der Professoren Jan Tuckermann und Ansgar Schulz von der Ulmer Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin.
„Allen politischen Widrigkeiten zum Trotz, arbeiten die deutschen, israelischen und palästinensischen Forschenden hervorragend im Projekt zusammen. Palästinensische Kinder mit Osteopetrose werden seit jeher in israelischen Krankenhäusern behandelt“, resümiert Professor Tuckermann.

Text und Medienkontakt: Annika Bingmann

Prof. Jan Tuckermann von der Uni Ulm
Prof. Jan Tuckermann, Leiter des Instituts für Molekulare Endokrinologie der Tiere, forscht mit israelischen und palästinensischen Wissenschaftlern zur Erbkrankheit Osteopetrose (Foto: Eberhardt/Uni Ulm)
Oberschenkelknochen von gesunden und Osteopetrose-Mausmodellen
Oben: Oberschenkel-CT einer gesunden Maus und eines Osteopetrose-Mausmodells (rechts): Im Osteopetrose-Modell ist die Markhöhle nicht erkennbar. Unten: Eingefärbte Oberschenkel-Schnitte einer gesunden Maus und eines Osteopetrose-Modells (rechts) (Abbildungen: Merle Stein)
Wissenschaftler aus Deutschland, Israel und Palästina unter Einstein-Statue
Spätestens alle sechs Monate treffen sich die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Zellbiologie, Humangenetik und Knochenforschung in Deutschland, Israel oder in den Palästinensergebieten. Hier ein Gruppenbild in Jerusalem in der vor der Einstein-Statue der Israelischen Akademie der Wissenschaften (Foto: privat)