Tausende Male im Jahr verwandelt sich der Moment der Freude in einer Familie in unerwartete Trauer. Ein scheinbar gesunder Säugling hört auf zu lächeln oder Augenkontakt herzustellen. Ihre Gliedmaßen werden schwach. Das kleine Kind leidet unter Krampfanfällen und Atemproblemen.
Jawdat Al-Bassam, außerordentlicher Professor für Molekular- und Zellbiologie an der University of California, Davis, hört oft von diesen Familien. „Ich habe E-Mails von Leuten aus der ganzen Welt bekommen“, sagte er.
Als sie ihn kontaktieren, haben sie eine verwirrende medizinische Reise über Monate oder Jahre hinter sich – und eine niederschmetternde Nachricht erhalten: Ihr Kind leidet an einer seltenen genetischen Störung, die als Chaperon-Tubulinopathie bezeichnet wird.
„Die Eltern fragen, ob es eine Möglichkeit gibt, eine Gentherapie durchzuführen“, sagte Al-Bassam. Für diese lebensverkürzenden Krankheiten mit Namen wie infantile Enzephalopathie, Corpus-callosum-Hypoplasie und Kenny-Caffey-Syndrom gibt es derzeit keine Behandlungsmöglichkeiten. Doch Al-Bassam und sein Team haben eine wichtige Entdeckung gemacht, die das ändern könnte.
In zwei wissenschaftlichen Arbeiten – eine davon wurde am 8. Mai und die andere im Dezember 2025 veröffentlicht – haben sie die Struktur und Mechanik einer kritischen Zellmaschine kartiert, die bei Menschen mit diesen Krankheiten versagt.
Diese Entdeckung ermöglicht nicht nur neue Behandlungsmöglichkeiten, sondern könnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, Dutzende anderer genetischer Krankheiten zu identifizieren, bei denen Kinder unter verschiedenen neurologischen Problemen leiden, für die es keine eindeutige Erklärung gibt.
Zellskelette leiten neuronale Verbindungen
Al-Bassam untersucht Strukturen, die Mikrotubuli genannt werden und im Inneren von Zellen Proteinskelette bilden. Wenn eine Zelle wächst und ihre Form verändert, treibt ihr Zytoskelett den Prozess voran und verlängert ihr Gerüst aus Mikrotubuli.
„Sie sind die Kraftgeneratoren der Zelle“, sagte Al-Bassam. Diese teleskopischen Strukturen sind für die Entwicklung des Nervensystems von entscheidender Bedeutung.
Sie helfen Nervenzellen, die langen Ranken, sogenannte Axone, wachsen zu lassen, die mit anderen Nervenzellen verbunden sind. Diese Axone ermöglichen Neuronen die Kommunikation über große Entfernungen – insbesondere in den Sehnerven, die die Augen mit dem Gehirn verbinden, im Corpus callosum, der die linke und rechte Gehirnhälfte verbindet, und in den langen Nerven, die bis zu den Armen, Beinen, Lungen und anderen Organen reichen.
Damit ein Baby normales Sehen, Kognition, Koordination und Atmung entwickeln kann, müssen die Neuronen richtig verbunden sein. Die Mikrotubuli müssen sich innerhalb der wachsenden Neuronen perfekt bilden.
Die Zelle baut Mikrotubuli aus zwei Proteinen auf, die als α-Tubulin und β-Tubulin bezeichnet werden. Bevor sie verwendet werden können, müssen sie zu Tausenden von αβ-Tubulin-„Dimeren“ zusammengefügt werden – und so die Bausteine bilden, die sich dann zu Mikrotubuli zusammenfügen können.
Zellen steuern die Bildung von Mikrotubuli teilweise durch die Steuerung der Zufuhr der αβ-Tubulin-Dimere. Spezielle „Chaperon“-Proteine – sogenannte „Tubulin-Cofaktoren“ – übernehmen diesen heiklen Prozess. Sobald eine Zelle ein β-Tubulin-Protein produziert, bilden diese Cofaktoren einen Käfig, der das β-Tubulin festhält, bis es ein α-Tubulin findet und es zu einem αβ-Heterodimer zusammenfügt, das es dann freisetzt.
Aber dieser Prozess kann leicht schief gehen, mit schrecklichen Folgen.
Wenn die Tubulin-Cofaktoren versagen, verringert sich die Versorgung der Zelle mit αβ-Tubulin, wodurch die Mikrotubuli gestört werden, die das neuronale Wachstum steuern. „Selbst ein kleiner prozentualer Rückgang der αβ-Tubulin-Versorgung ist toxisch für die Zelle“, sagte Al-Bassam.
Verheerende Störungen unbekannter Ursache
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einige Kinder mit schweren, ungeklärten neurologischen Störungen tatsächlich Mutationen in ihren Tubulin-Cofaktor-Genen aufweisen. Dies kann die Versorgung mit αβ-Tubulin verringern – was zu einer Unterentwicklung des Corpus callosum, der Sehnerven und anderer Gehirnstrukturen führt.
„Einige dieser Mutanten wurden vor fast 35 Jahren in Hefe identifiziert“, sagte Al-Bassam. Sie wurden 15 Jahre später beim Menschen entdeckt. Aber die empfindlichen Proteine seien schwer zu untersuchen, sagte er, „so dass dieser gesamte Forschungsbereich im Wesentlichen für lange Zeit auf Eis gelegt wurde.“
Das Team von UC Davis hat diese Sackgasse nun durchbrochen. Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) fanden sie heraus, wie sich diese Proteine zu einer komplexen Maschine zusammensetzen. Ihre ersten Ergebnisse wurden im Dezember 2025 veröffentlicht Naturkommunikation, zeigen den eleganten Feder-Klinken-Mechanismus, mit dem β-Tubulin eingefangen, an α-Tubulin befestigt und das αβ-Dimer freigesetzt wird. „Das war eine Überraschung“, sagte Al-Bassam. „Es war wirklich schön.“
Diese Experimente wurden von Aryan Taheri geleitet, einem ehemaligen Studenten der UC Davis, der zu dieser Zeit in Al-Bassams Labor arbeitete; Taheri hat inzwischen seinen Abschluss gemacht und strebt nun einen Doktortitel an. an der UC Berkeley. „Er ist extrem talentiert“, sagte Al-Bassam. „Wir freuen uns darauf, in Zukunft weitere großartige Arbeiten von ihm zu sehen.“
Im zweiten Artikel, veröffentlicht am 8. Mai in Wissenschaftliche FortschritteAl-Bassam und Taheri enthüllen weitere Kryo-EM-Strukturen und zeigen die Maschine eingefroren in mindestens neun verschiedenen Konfigurationen. Diese Schnappschüsse zeigen, wie es in einem komplexen Zyklus funktioniert, indem es αβ-Dimere zusammenschnappt, wenn sie benötigt werden, und sie auseinanderzieht, wenn sie nicht benötigt werden.
Diese Entdeckungen werden nicht sofort zu Behandlungen führen, aber sie könnten betroffenen Familien Hoffnung geben, sagte Al-Bassam: „Zum ersten Mal haben wir ein genaues Bild davon, was genau schief läuft und was eine zukünftige Therapie beheben müsste.“
Sie könnten auch eine schnellere Diagnose von Störungen ermöglichen. Heutzutage durchleben Familien oft eine diagnostische Odyssee, bei der die Genome von Eltern und Kind auf der Suche nach einer Mutation sequenziert werden, die das Problem erklären könnte – oft mit unschlüssigen Ergebnissen. Ein klareres Verständnis darüber, welche Mutationen die Funktion von Tubulin-Cofaktoren stören, könnte zu einer schnelleren Diagnose führen.
Dieses neue Wissen könnte sogar die Entdeckung anderer genetischer Störungen vorantreiben, die noch unter dem Radar bleiben.
„Viele Kinder werden mit geringfügigen, ungeklärten neurologischen Störungen geboren“, sagte Al-Bassam. „Einige von ihnen könnten kleine Veränderungen in diesen Genen aufweisen. Das herauszufinden wäre ein großer Fortschritt.“
Al-Bassams Forschung wird von den National Institutes of Health finanziert. Die Forschung seines Teams zur αβ-Tubulin-Biogenese nutzte fortschrittliche wissenschaftliche Einrichtungen an der UC Davis, darunter den Biological Electron Microscopy Campus Core und den High Performance Computing Core.
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