Präeklampsie früher erkennen – zu diesem Zweck haben internationale Teams von Forschenden virale DNA-Fragmente im menschlichen Genom analysiert. Der Fokus lag auf Genen, die an der Plazenta-Entwicklung beteiligt sind. Eine künstliche Intelligenz half dabei, virale Enhancer in Plazenta-Zellen zu finden. Die Forschenden identifizierten beispielsweise das Gen EPS8L1 als möglichen Biomarker. Das EPS8L1-Protein lässt sich im mütterlichen Blut nachweisen und korreliert mit etablierten Präeklampsie-Markern. Die Erkenntnisse könnten die Früherkennung der Schwangerschaftserkrankung verbessern.
Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, wie uralte virale DNA-Fragmente die Entwicklung der menschlichen Plazenta beeinflussen. Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, Schwangere mit einem erhöhten Risiko für Präeklampsie früher zu identifizieren. Das berichten Forscherinnen und Forscher des Max Delbrück Center, der University of Bath, des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, des Experimental and Clinical Research Center (ECRC, eine gemeinsame Einrichtung von Charité und Max Delbrück Center) sowie klinischer Zentren in Essen, Würzburg und Oslo in der Fachzeitschrift Genome Biology.
Virale DNA steuert Plazenta-Gene
Das menschliche Genom enthält zahlreiche Überreste viraler Infektionen. Diese DNA-Fragmente haben sich über Millionen von Jahren in die menschliche DNA eingeschleust und sind fester Bestandteil unseres Erbguts. Die meisten sind inaktiv, doch einige übernehmen funktionale Rollen – besonders in Organen wie der Plazenta, die sich relativ schnell entwickeln.
Expertinnen und Experten aus den Forschungsgebieten Genetik, Evolutionsbiologie, Bioinformatik und klinischer Forschung haben nun genauer betrachtet, wie diese viralen DNA-Fragmente Gene regulieren. Die näher betrachteten Gene und Regulationsmechanismen steuern die normale Entwicklung und Funktion der Plazenta. Schnell wurde klar: Ein bestimmtes Gen namens EPS8L1 löst bei Überaktivität wichtige Merkmale der Präeklampsie aus.
KI identifiziert virale Enhancer
Das Team nutzte “A100 Beast”, ein Deep-Learning-Modell, welches in der Arbeitsgruppe „Mobile DNA“ am Max Delbrück Center in Berlin von Dr. Amit Pande entwickelt wurde. Die künstliche Intelligenz klassifizierte DNA-Sequenzen, die die Genexpression verschiedener Spezies regulieren. “Wir haben der KI beigebracht, die DNA wie eine Sprache zu lesen”, sagt Pande. Das Modell identifizierte im Erbgut von Plazenta-Zellen eine Gruppe hochaktiver ERV3-MLT1-Enhancer.
Die Forschenden analysierten Plazentagewebe von gesunden Schwangeren und von Frauen mit Präeklampsie. Sie fanden 87 Enhancer, die in der Plazenta aktiv sind. Diese Genabschnitte steigern die Aktivität von neun Genen, die bei Präeklampsie häufig dysreguliert sind. So konnte beispielsweise eine Gruppe hochaktiver ERV3-MLT1-Enhancer identifiziert werden.
Wir waren überrascht, denn wir haben DNA aus Dutzenden von Virusfamilien in unserem Genom. Aber es war nur eine bestimmte Familie, ERV3-MLT1, die mit Präeklampsie in Verbindung stand.
Dr. Manvendra Singh, AG „Mobile DNA“ , Max Delbrück Center in Berlin
Gen EPS8L1 als Schlüsselfaktor
Das Gen EPS8L1 wird in den Trophoblasten exprimiert – den Zellen, die in den ersten Tagen der Schwangerschaft die äußere Schicht der Blastozyste bilden und später zur Plazenta werden. In Experimenten mit Plazenta-Zellkulturen zeigte das Team: Bei einer Überexpression von EPS8L1 weisen die Zellen Anzeichen einer Präeklampsie auf. Die Trophoblasten nisteten sich weniger gut ein. Zudem waren eine veränderte Blutgefäßbildung sowie oxidativer Stress und Gewebeschäden zu beobachten.
Möglicher Biomarker für Früherkennung
Eine sekretorische Form des EPS8L1-Proteins lässt sich auch im mütterlichen Blut nachweisen. Seine Konzentration korreliert hierbei mit etablierten Biomarkern für Präeklampsie. Das Gen war in allen untersuchten Kohorten hochreguliert und nicht mit anderen Schwangerschaftskomplikationen assoziiert.
Das ist spannend, denn man möchte ja, dass ein Biomarker in einer Vielzahl von ethnischen Gruppen vorhanden ist, damit er so nützlich wie möglich ist.
Dr. Rabia Anwar, AG „Mobile DNA“, Max Delbrück Center in Berlin
Professorin Zsuzsanna Izsvák, Leiterin der Arbeitsgruppe “Mobile DNA” am Max Delbrück Center, erklärt: “Die Erkenntnisse verbinden einen tiefgreifenden Evolutionsprozess mit einem sehr modernen klinischen Problem und weisen auf einen potenziellen Biomarker hin, mit dem das Risiko einer Präeklampsie erkannt werden kann, bevor Symptome auftreten.”
Eine größere klinische Studie soll nun bestätigen, dass das EPS8L1-Protein als Biomarker zum Nachweis eines erhöhten Präeklampsie-Risikos im ersten Schwangerschaftstrimester dienen kann.
