Leidet ein Patient unter einer beginnenden Herzschwäche? Was ist die Ursache und in welchem Stadium befindet sie sich? Diese Fragen lassen sich mit gängigen Bluttests bisher nicht zuverlässig beantworten. Über deutlich bessere Diagnose- und Prognosequalitäten könnten neuartige Biomarker verfügen, die Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg, des Zentrums für Bioinformatik an der Universität des Saarlands sowie der Siemens Healthineers entdeckt haben. Dabei handelt es sich um bestimmte chemische Veränderungen am Erbgut, sogenannte epigenetische Faktoren, die eine Herzmuskelerkrankung sensitiv anzeigen sollen. Wie die Forscher aktuell im Fachjournal Circulation berichten, wiesen sie die epigenetischen Marker nicht nur in den Zellen des erkrankten Herzmuskels selbst, sondern auch in den Blutproben der Patienten nach. „Das ist ein unerwarteter Fund, da solche Veränderungen häufig nur in den betroffenen Organen auftreten. Umso größer schätzen wir nun das Potential für unsere Patienten ein“, so Arbeitsgruppenleiter Privatdozent Dr. Benjamin Meder, Geschäftsführender Oberarzt der Abteilung für Kardiologie, Angiologie und Pneumologie am Universitätsklinikum Heidelberg. Ob sich die Marker für die breite klinische Anwendung eignen und dabei herkömmliche Proteinmarker übertreffen, müssen weitere Studien zeigen. Die Forschungs-Allianz ermöglicht in Zukunft die gezielte Entwicklung neuer klinischer Tests basierend auf den entdeckten Mechanismen.
Aufgrund dieses Potenzials für die Herzdiagnostik, insbesondere in der Früherkennung chronischer Herzmuskelerkrankungen, wurde die Forschungsarbeit mit dem Wilhelm P. Winterstein-Preis 2017 der Deutschen Herzstiftung ausgezeichnet. „Die neuartigen Früherkennungsmarker auf Basis der Erkenntnisse von Dr. Meder könnten enorm zu einer besseren Diagnose und zielgenauen Therapie der Herzschwäche der meist älteren Patienten über 65 Jahre verhelfen. Außerdem erfordert dieser Ansatz nur eine einfache Blutanalyse und keine Herzbiopsie“, würdigt Professor Dr. Thomas Voigtländer, Vorstandsmitglied der Deutschen Herzstiftung, die Forschungsleistung des Heidelberger Forschers. Der jährlich vergebene Forschungspreis ist mit 10.000 Euro dotiert.
Neue Wege in der Erforschung der Herzschwäche
Jedes Jahr müssen sich in Deutschland rund 445.000 Menschen wegen einer Herzschwäche im Krankenhaus behandeln lassen, über 44.000 sterben daran. Ein bisher verwendeter Standardmarker ist das Proteinfragment NT-proBNP, das im Blut eine Herzmuskelschwäche anzeigt. Seine Aussagekraft über die Ursache und für den weiteren Verlauf und die zu erwartende Risiken sind allerdings begrenzt.
Auf der Suche nach neuen molekularen Mustern der Herzschwäche beleuchtete das Team um Dr. Meder als Vertreter des Heidelberger Standorts des Deutschen Zentrums für Herzkreislaufforschung (DZHK), Dr. Andreas E. Posch, Siemens AG, und Dr. Andreas Keller, Zentrum für Bioinformatik der Universität des Saarlandes, in einem neuen, computergestützten Ansatz erstmals mehrere biologische Ebenen gleichzeitig: An Gewebe- und Blutproben von 41 Patienten untersuchten die Forscher die Zusammenhänge zwischen der Abfolge der Erbinformation (DNA-Basensequenz), chemischer Modifikationen der DNA sowie veränderter Aktivität verschiedener Genprogramme. Besonderes Augenmerk legten sie dabei auf die epigenetischen Faktoren, da diese ein Bindeglied zwischen der angeborenen Veranlagung und Umweltfaktoren darstellen können.
Epigenetische Faktoren: vererbt aber auch durch Umwelteinflüsse verändert
Denn anders als die genetisch festgeschriebene Information im Erbgut, die von Eltern an Kinder weitergegeben wird und über Generationen konstant bleibt, sind epigenetische Faktoren weitaus flexibler: Die chemischen Veränderungen an der DNA, sogenannte Methylierungen, können zwar ebenfalls vererbt, aber auch durch Umwelteinflüsse, z.B. Stress, Rauchen, Ernährung oder andere Risikofaktoren, beeinflusst werden, und dann Gene blockieren oder überaktivieren. Dies wiederum hat wahrscheinlich entscheidenden Einfluss auf die Herzfunktion.
Die Wissenschaftler erstellten eine detaillierte „Landkarte“ aller epigenetischen Veränderungen sowie der damit verbundenen genetischen Aktivität bei Herzschwäche. Dabei identifizierten sie 517 Bereiche, deren epigenetische Modifikationen sich als potentielle Marker für die Frühdiagnose eignen. Besonders vielversprechend ist dabei das Gen B9D1: „Eine Analyse der Methylierung dieses Gens scheint in seiner Aussagekraft dem Gold-Standard-Marker Nt-proBNP überlegen zu sein“, so Meder. „Das muss allerdings noch genauer untersucht werden.“
Die kardiologische Abteilung der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg (Ärztlicher Direktor Prof. Hugo Katus) ist eines der Schwerpunkt-Zentren in Deutschland für die Behandlung und Erforschung verschiedener chronischer Herzerkrankungen, darunter auch der Herzschwäche. Für die individuelle Betreuung der Patienten sowie die Erforschung neuer Behandlungsverfahren stehen neben einem internationalen Ärzte- und Forscherteam neueste Methoden in den Bereichen Bildgebung, Biomarker und Molekulargenetik zur Verfügung. So verfügt die Klinik als eines der ersten Zentren überhaupt seit 2013 über eine eigene Einheit zur Gesamtgenom-Analyse, um den individuellen genetischen Hintergründen bei Herzerkrankungen unbekannter Ursache auf die Spur zu kommen.
Originalarbeit:
Meder, Benjamin et. al. (2017): Epigenome-wide Association Study Identifies Cardiac Gene Patterning and A Novel Class of Biomarkers for Heart Failure. Circulation. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.117.027355