2. 4 Humangenetik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 40

Karyogramme von Mann und Frau

 

 

 

 

 

 

Abb. 41

Barr-Körperchen

 

 

 

 

 

Abb. 42

Vererbung des Geschlechts

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 43

DNA-Sextest

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 44

ALD

 

gefärbtes Myelin einer Gehirnfalte mit ALD

 

Abb. 45

NDI

 

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Abb. 46

Duchenne Muskeldystrophie

 

vergrößerte Waden bei DDD

 

 

Abb. 47

Fragiles X-Syndrom

Das Genende enthält eine instabile CGG-Vervielfachung (200x)

 

Abb. 48

Hämophilie

 

 

Abb. 49

Hunters Syndrom

 

EC 3.1.6.13

2.4.1 Vererbung des Geschlechts

 

Das Merkmal des Geschlechts wird bei den meisten Individuen durch das Vorhandensein von Chromosomen vererbt. Man spricht deshalb von genotypischer Geschlechtsbestimmung im Gegensatz zur phänotypischen Geschlechtsbestimmung bei einigen Gliedertieren, wo durch phänotypische Faktoren (z.B. Körpergröße, Anzahl Segmente) die entsprechende geschlechtliche Rolle wahrgenommen wird.
Auch bei den Schildkröten sind keine Gonosomen sichtbar. Dagegen wird durch die Bruttemperatur der Eier bestimmt, welches Geschlecht entsteht:

  • niedrige und hohe Bruttemperatur -> männlich
  • mittlere Bruttemperatur -> weiblich.

Die unten dargestellten menschlichen Karyogramme sind aus Zellen angefertigt worden, die sich in der Metaphase der Mitose befunden haben. Durch Aufbringen eines bestimmten Farbstoffes entstehen die typischen Banden.

Bei Säugetieren und beim Menschen ergibt sich durch das Vorhandensein zweier X-Chromosomen (XX) im diploiden Satz das weibliche Geschlecht.

Davon wird eines (ca. 50% das der Mutter) zufällig in der frühen Embryonalentwicklung inaktiviert und ist als Barr-Körperchen (siehe Abbunten) (X-Chromatin) nachweisbar. (siehe Abb. 41). Es kann durch Entnahme von Mundschleimhaut- oder Haarwurzelzellen, die sich in der Interphase befinden und spezielle Färbung sichtbar gemacht werden.

Die Anzahl der X-Chromatine/Zellkern entspricht der Anzahl der inaktivierten X-Chromosomen Anzahl der X-Chromosomen = Anzahl der X-Chromatine + 1 aktives X-Chromosom z.B.

46,XX (1 X-Chromatin); 47,XXX (2 X-Chromatin); 45,X (kein X-Chromatin).

Ist nur ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom vorhanden (XY), bildet sich das männliche Geschlecht aus.

Bei Vögeln, Amphibien, Insekten und einigen Fischen entspricht das W-Chromosom dem Y und das Z dem X-Chromosom. Bei diese Organismengruppen ist es genau umgekehrt: ZZ = männlich, ZW = weiblich. Weiterhin gibt es z.B. bei Insekten weitere Abweichungen.

weiblich
männlich
Heuschrecke
XX
XO
Drosophila
XX
XY
Mensch
XX
XY
Vögel, Reptilien
ZW
ZZ

Beim Menschen kennt man viele Zwischenformen: z.B. XXY, XYY, XXX usw. Mehr dazu hier.

In Abb. 42 ist der Erbgang bezüglich des Merkmals Geschlecht dargestellt.

Der Mann produziert bezüglich der Gonosomen 2 Typen an Gameten, eine Sorte mit Y-Chromosomen, eine Sorte mit X-Chromosomen. Die Eizellen der Frau enthalten alle X-Chromosomen. Die Nachkommen sind zu 50% weiblich, zu 50% männlich. Dies entspricht einem monohybriden Erbgang mit dem Ergebnis der Rückkreuzung 1: 1. Tatsächlich werden statistisch 106 Jungen auf 100 Mädchen geboren.

Das Barr-Körperchen wurde 1948 von Barr und Bertram in Neuronen-Zellkernen weiblicher Katzen gefunden. Das Barr-Körperchen als inaktiviertes X-Chromosom entspricht der Lyon-Hypothese. Diese besagt, daß während der frühen Embryonalentwicklung des Menschen (100 Zellstadium) ein X-Chromosom der Frau inaktiviert wird und dies in allen Klonen der Zelle beibehalten wird. Welches X-Chromosom abgeschaltet wird ist zufällig. Abnorme X-Chromosomen werden immer inaktiviert.

DNA Sextest
Um das Geschlecht zweifelsfrei festzustellen (z. B. bei Kriminalfällen oder in der Tierzucht) analysiert man heute bestimmte Gene auf der DNA. Dazu benützt man z. B. ein Gen, das für eine Komponente des Zahnschmelzes (Amelogenin) codiert und in 2 verschiedenen Formen auf dem X und Y-Chromosom lokalisiert ist.

Mit Hilfe der Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) kann man diesen Unterschied zwischen dem X und dem Y Chromosom aufspüren. Frauen besitzen 2 Kopien der X Version des Gens, während Männer sowohl die X als auch die Y Version besitzen.
Die Abbildung 43 zeigt das Ergebnis des Sextests.
Es wurden 2 weibliche und 2 männliche Proben festgestellt. Dabei zeigen die männlichen 2 unterschiedliche Spuren, da sie die X und die Y Version des Zahnschmelzgens besitzen.
Die Probe, die mit ´S' benannt ist dient zur Kalibrierung.

Phäno- und Genotyp des Merkmals Geschlecht
Bezüglich der Geschlechtsentwicklung kann man verschiedene Stufen der Geschlechtlichkeit feststellen:

  1. genetisches Geschlecht durch Chromosomen: z.B XX oder XY
  2. Geschlecht durch die Entwicklung der Gonaden: undifferenzierte Zellen der Gonaden bilden, falls männlich (XY) das SRY-Protein des entsprechenden Gens auf dem Y-Chromosom. Dadurch bilden sich Hoden. In Abwesenheit des SRY-Proteins entwickeln sich die Ovarien.
  3. hormonelles Geschlecht: Im weiblichen Embryo (XX) entwickeln sich bei Anwesenheit von Testosteron männliche Sexualorgane.
  4. phänotypisches oder somatisches Geschlecht: Die Ausbildung der Geschlechtsorgane kann in Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums durch Mangel oder Zugabe von Testosteron geändert werden. Z. B. ändert Kastration bei Männern in der Jugend, Körpergröße, Fettverteilung und Verhalten. XY-Männer mit fehlenden Testosteron-Rezeptoren sind phänotypisch weiblich mit rudimentären Hoden.
  5. Geschlecht des Gehirns, der Psyche und des Verhaltens: Im Gehirn existiert ein Sexualzentrum, das durch pränatale Hormonkonzentrationen entweder auf männliche oder weibliche Verhaltensmuster programmiert wird.

2.4.1.1 X-Chromosomengebundene Vererbung Teil I

Verberbung von Merkmalen, deren Gene auf dem X-Chromosom (X-Geschlechtschromosom) liegen, nennt man X-chromosomale Vererbung.
Das X-Chromosom ist kein Chromosom, das nur geschlechtsspezifische Gene enthält. Unter den hunderten von Genen sind viele, die für wichtige Lebensfunktionen verantwortlich sind und bei einem Defekt bekannte Krankheiten (alle rezessiv) bewirken wie:

Krankheit
Genort
Beschreibung
Adrenoleukodystrophie (ALD)
Xq28


Adrenoleukodystrophie
(ALD) ist eine seltene Erbkrankheit, bei der durch ein fehlendes Enzym der Nebennieren sich im Gehirn große Mengen gesättigter Fettsäuren ansammeln, wodurch die Myelinscheiden der Gehirnzellen zerstört werden, was letztendlich zum Tod führt.

(Siehe der Film von 1993 "Lorenzo's oil" mit Nick Nolte über den Jungen Lorenzo Odone, der an ALD litt)

Diabetes insipidus
Xq28
Der Diabetes insipidus (NDI) ist eine Erkrankung, bei der die Nieren nicht in der Lage sind, die Flüssigkeit den Erfordernissen des Organismus entsprechend einzubehalten. Folglich kommt es zur Ausscheidung von großen Urinmengen. Die Ursache des Diabetes insipidus liegt in einer fehlenden Wirkung des antidiuretischen Hormons (ADH, Vasopressin). Dies kommt in 90% der Fälle durch einen Gendefekt im Vasopressin-Rezeptorgen V2.
Duchenne Muskel Dystrophie
(DMD)
Xp21.2
Duchenne Muskel Dystrophie (DMD) ist eine der häufigsten Muskeldystrophien, die durch eine Degeneration der Muskeln charakterisiert ist, die schon in der Jugend auftritt. Dabei ist das Gen zur Herstellung von Dystrophin defekt, einem Protein zur Membranbefestigung des Aktins (Muskelprotein) in der Muskelzelle. Die Krankheit betrifft weltweit ca. 3500 Jungen.
Farbenblindheiten
(Rot-Grün-Blindheit; Blau-Monochromatismus)
Xq28

Rot-Grün-Blindheit (siehe auch in Klasse 12)
In Westeuropa sind ca. 8% der Männer farbenblind. Davon haben 75% eine Mutation im Grün-Opsin-Gen und 25% einen Defekt im Rot-Opsin-Gen, was ein Fehlen an den entsprechenden Pigmenten in den jeweiligen Zapfen verursacht.

Der Blaue-Zapfen-Monochromatismus ist eine seltene Farbenblindheit, die durch das Fehlen der Rot- und der Grün-Pigmente in den jeweiligen Zapfen verursacht wird.

Favismus G6PD Defizienz
(Xq28)
Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase(G6PD) Mangel (= Favismus) ist die häufigste Enzym-Krankheit des Menschen (ca. 400 Millionen Personen sind weltweit erkrankt, vornehmlich im Mittelmeerraum, mittleren Osten, Afrika und Südostasien. Ein Vorteil der Merkmalsträger ist die Resistenz gegen Malaria.
Eine akute, hämolytische Anämie tritt vornehmlich bei Merkmalsträgern mit Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase Mangel der Erythrocyten auf, wenn diese Bohnen (Vicia faba) essen oder deren Pollen inhalieren.

Fragiles X-Syndrom

Die Vollmutation des Chromosomenabschnittes bedeutet für die Patienten, daß geistige Einbußen von einer leichten Lernbehinderung, häufig zuerst im mathematischen Bereich, bis hin zur schweren mentalen Retardierung auftreten können. Jungen sind in der Regel sehr viel stärker betroffen als Mädchen.

Xq27,3

Das Fragile X-Syndrom ist die zweithäufigste angeborene Ursache einer geistigen Behinderung nach dem Down-Syndrom mit einer Häufigkeit von 1:1250 bis 1:5000 für Jungen. Mädchen sind nur halb so oft betroffen. Ursache des Syndroms ist eine Mutation im FMR1-Gen, wodurch das FMR1-Protein, das am zerebralen Reifungsprozeß beteiligt ist, nicht mehr oder nicht in ausreichendem Maß gebildet wird.

Durch die Mutation erscheint das Chromosom an dieser Stelle brüchig, daher die Bezeichnung Fragiles-X-Syndrom.

Hämophilie A/B (Bluterkrankheit),

Die Wahrscheinlichkeit für Hämophilie B liegt bei ca. 1 : 20 000, die für Hämophilie A bei etwa 1 : 5 000. In der Bundesrepublik leben derzeit rund 8 000 Menschen, die an dieser Krankheit leiden.

Xq27/28

Bei der Hämophilie (= Bluterkrankheit ) fehlen Blutgerinnungsfaktoren, sodaß die Bluter zeitlebens unter Blutgerinnungsstörungen leiden. Man unterscheidet

  1. Hämophilie A (85% aller Bluter), hier fehlt der Blutgerinnungsfaktor VIII
  2. Hämophilie B (14% aller Bluter), hier fehlt der Blutgerinnungsfaktor IX
  3. von Willebrand-Jürgens-Syndrom (< 1%), Veränderung des von Willebrand-Moleküls, kann mit Faktor VIII-Mangel verbunden sein.
An Symptomen treten vorwiegend Gelenkblutungen, jedoch auch andere Blutungen wie Muskel- und Nierenblutungen auf.

Mucopolysaccharidose II (Hunter Syndrom)

rezessiv vererbt

1:65 000 - 1: 132 000

 

 

 
Iduronat-2-Sulphatase -Defekt; Kleinwuchs mit Skelettveränderungen, Mucopoly-saccharidurie (Gewebeablagerungen von Mucopolysacchariden und Auscheidung großer Mengen an Chondroitinsulfat B und Heparitinsulfat); Hornhauttrübung u. kardiovaskuläre Symptome.

X-chromosomale Krankheiten sind relativ selten.

Weiterführende Quellen:
Blutgruppen/Vererbung http://anthro.palomar.edu/blood/ABO_system.htm
http://129.128.91.75/de/genetics/70gen-bginherit.html
Genom Datenbank http://www.gdb.org/
Klassische Genetik http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookgenintro.html
Humangenetik http://www2.umdnj.edu/~genetics/hg-1.htm
http://www.biology.arizona.edu/human_bio/human_bio.html
Stammbaumanalyse http://www.ucl.ac.uk/~ucbhjow/b241/mendel_1.html
http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/biol1128.htm
Morgan Genetik Tutorial http://morgan.rutgers.edu/MorganWebFrames/htmldocs/register.html
Quellen zur Genetik http://www.kumc.edu/gec/prof/genecour.html
Gene und Krankheiten http://www.ncbi.nlm.nih.gov/disease/
ALD http://www.ncbi.nlm.nih.gov/disease/ALD.html
Hämophilie http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=gnd.section.95
http://www.dhg.de/
Genkarte des menschlichen Genoms http://biotech.about.com/industry/biotech/library/
weekly/aa040600a.htm?iam=mt&terms=%2Bgenetic+%2Bmap
Vaterschaft mit DNA-Analyse http://www.medicine-worldwide.de/vaterschaftstest/index.html
http://www.siteboard.de/vaterschaftstest/vaterschaftstest_.htm
Diabetes insipitus http://www.medizinfo.de/endokrinologie/hypo/diainsipidus.htm
Fischbach Neurogenetik http://www.zum.de/schule/neurogenetik/4_1_1.html
Muskeldystrophien http://mdausa.org/disease/index.html
Favismus http://rialto.com/favism/index.htm
Genkarte Veitstanz http://www.ncbi.nlm.nih.gov/disease/Huntington.html
Karyotypen http://gslc.genetics.utah.edu/units/disorders/karyotype/karyotype.cfm
Geschichte der Biologie http://biology.clc.uc.edu/courses/bio104/hist_sci.htm