Molekulargenetik

Zystische Fibrose

Zystische Fibrose (ZF) ist die häufigste autosomale rezessive Erkrankung in der weißen Bevölkerung mit einer Häufigkeit von etwa 1:2500 – 3000 bei Neugeborenen. Die Krankheit greift vor allem die Lunge und Bauchspeicheldrüse an und ist eine der häufigsten Ursachen für verminderte Fruchtbarkeit. Im Zuge der Erkrankung kommt es zu einer Störung es Transport von Chlorionten durch die Zellmembran, wodurch sich ihre Konzentration im Schweiß und die Schleimdichte in den Atemwegen, im Verdauungstrakt und in den Geschlechtswegen des Mannes vergrößert.

Die Krankheit entsteht, wenn beide Allele des CFTR-Gens auf dem Chromsom 7 im Bereich 7q31.2 mutiert sind (geschädigter Homozygot). 4 Prozent der weißen Bevölkerung (einer in 25 Menschen) übertragen ein mutiertes Allel, d.h. sind ein Heterozygot, der zwar keine Krankheitsanzeichen hat, aber ein mutiertes (geschädigtes) Allel des CFTR-Gens überträgt (Abb. 1, das normale Gen ist blau, das mutierte rot eingefärbt).

(Abb. 1) Vererbung der zystischen Fibrose

 

Mehr als 95 % der Männer mit zystischer Fibrose sind unfruchtbar, weil ihr Vas deferens nicht entwickelt ist – dieser Phänotyp ist als kongenitale bilaterale Absenz Vas deferens (CBAVD) bekannt. Andererseits weisen manche Männer ohne zystische Fibrose CBAVD auf, die mit spezifischen Mutationen der Allele der CFTR-Gene assoziiert ist.

Im CFTR-Gen wurden bisher mehr als 900 Arten von Mutationen identifiziert. Viele davon treten nur mit sehr geringer Frequenz auf, gegebenenfalls sind sie für bestimmte Populationsgruppen oder Familien spezifisch. Die Krankheit wird mithilfe molekulargenetischer Methoden aus dem Blut, dem Fruchtwasser oder Chariozotten diagnostiziert. In unserem Institut untersuchen wir etwa 30 Mutationen, wodurch 93 % aller Mutationen des gesamten Mutationsspektrums abgedeckt werden, die bei tschechischen Patienten auftreten.

Mutationen im Gen F5 und dem Gen für Protrombin

Die Blutgerinnung funktioniert aufgrund des Zusammenspiels einer ganzen Reihe einzelner Schritte, die vom Plasma-Eiweiß kontrolliert werden. Die Störung dieses Gleichgewichts führt zu verschiedenen Syndromen, so droht etwa die Gefahr von Thrombosen. Das Thrombose-Risiko erhöht sich durch verschiedene erlangte und Erbfaktoren z.B. chirurgische Eingriffe, Rauchen, Fettleibigkeit, Schwangerschaft, Verwendung von hormonellen Verhütungsmitteln oder Hormon-Ersatztherapie während des Klimakteriums. Zu den wichtigsten Erbfaktoren, die zu einer Erhöhung des Thromboserisikos führen, gehört die Mutation des Gens F5 für den plasmatischen Faktor V (Leiden-Mutation), im Gen für die Protrombin-Kodierung (Mutation G20210A) und seltener auch in den Genen für andere plasmatische Proteine.

Mutationen des Allels des Faktors V (Leiden-Mutation oder FV G1691A) treten bei etwa 5 % der weißen Bevölkerung zutage. Das Gen für den Faktor V befindet sich im Chromosom 1, im Abschnitt 1q32. Die Krankheit manifestiert sich nach den Gesetzen der autosomalen intermediaren Vererbung (Abb. 2, wobei das normale Gen blau, das mutierte rot gekennzeichnet ist).

(Abb. 2) Vererbung der Thrombose-Neigung

 

Die Mutation G20210A im Gen für Protrombin ist der wichtigste Risikofaktor für das Auftreten von Thrombose in der weißen Population mit einer Auftrittshäufigkeit von 2,4 %. Der Erbtyp der Krankheit ist gleich wie im vorangegangenen Fall. Heterozygote Individuen (Mann und Frau), die mutierte Allele des Protrombin kodierenden Gens übertragen, sind im Vergleich zu gesunden Menschen einem dreimal höheren Thrombose-Risiko in tiefen Beinvenen ausgesetzt und dreimal mehr gefährdet, Thrombosen in den Zerebraladern zu erleiden. Dieses Risiko erhöht sich bedeutend durch dir Verwendung von hormonellen Verhütungsmitteln (bis zu 150x), Rauchern droht ein Infarkt des Myokardu.

Ungefähr 15 – 40 % aller Überträgerinnen besitzt beide beschriebene Mutationen (G1691A und G20210A). Bei diesen Frauen treten häufiger gynäkologische Komplikationen auf – wiederholte Fehlgeburten oder Totgeburten und andere Komplikationen (schwere Präemklampsie, Retardation des Fötuswachstums in utero – IUGR, Thrombose der tiefen Adern nach der ovariellen Stimulation).

Das Auftreten einer Mutation kann durch Blutuntersuchungen mit modernen Methoden der Molekulargenetik festgestellt werden. Frauen in den Risikogruppen brauchen intensive Behandlung bei der Vorbereitung der Schwangerschaft, sowie in deren Verlauf und bei der Geburt.

Y-Chromosom

Das Y-Chromosom gehört zu den kleinsten menschlichen Chromosomen. Es besitzt relativ wenige funktionelle Gene, von denen die meisten ein eigenes Homol besitzen – die gleiche funktionelle Kopie wie auf dem X-Chromosom. Nur manche Gene sind spezifisch für das Y-Chromosom: das Gen SR Y und die Gengruppe DAZ (aus dem Englischen ´deleted in azoospermia´) in dem AZF (´azoospermia factor´) danach benannten Abschnitt, dass sie bei Männern mit Azoospermie (Abwesenheit von Spermien im Ejakulat) oder schwerer Oligospermie (niedrige Spermienzahl) festgestellt wurde.

(Abb. 3) Schematische Darstellung des Y-Chromosoms

 

Das SRY Gen befindet sich im Endabschnitt des kurzen Arms des Y-Chromosoms. Sein Produkt fungiert als Regulationsfaktor der Veränderung der nichtdifferenzierten Geschlechtsorgane in männliche Geschlechtsorgane - Testes. Selten (mit einer Frequenz von 1:10 000 männlichen Neugeborenen) kommt es während der Paarung der X- und Y- Geschlechtschromosome zu einer Verschiebung des SRY-Gens auf das X-Chromosom. Folge davon ist der Karotyp 46,XX beim Mann. Diese Männer verfügen zwar über einen männlichen Habitus, sind aber aufgrund des Fehlens weiterer für die Spermatogenese wichtiger Gene steril. Mutationen oder Deletionen es SRY-Gens wurden wiederum bei Frauen mit Karotyp 46,XY und Unfruchtbarkeit festgestellt.

Bei etwa 10 % der Männer mit Reproduktionsproblemen (wesentlich verminderte Zahl und Qualität der Spermien bis zu ihrer Abwesenheit) findet man Mikrodeletionen im Abschnitt AZF. Die Gene in diesem Abschnitt sorgen für Bildung, Entwicklung und Reifung der Spermien. Ihr Fehlen äußert sich unterschiedlich – durch verminderte Qualität der Spermien (reduzierte Zahl, eingeschränkte Beweglichkeit, Formveränderungen) bis zu deren völligem Fehlen. Nicht alle Fälle von Unfruchtbarkeit werden durch Mikrodeletion der DAZ Gene im AZF Abschnitt bedingt. Man hat festgestellt, dass auch Punktmutationen anderer Gene, etwa CD1Y oder USP9Y zu Störungen er Spermatogenese führen können.

(Abb. 4) Deletion des langen Arms des Y-Chromosoms im Karotyp eines Mannes mit Oligospermie. Mithilfe molekulargenetischer Methoden wurde eine Deletion im ganzen AZF Abschnitt festgestellt. Mit entsprechenden Methoden können auch Mikrodeletionen des Y-Chromosoms festgestellt werden, die unter dem Mikroskop als normal erscheinen.

 

Molekulárně-genetickými metodami byla zjištěna delece celé oblasti AZF. Shodnými metodami se diagnostikují i mikrodelece chromozomu Y, který se jeví v mikroskopu jako normální.

 

Moderne Mikrochirurgische und Mikromanipulations-Metoden, die in unserem Institut zum Einsatz kommen, ermöglichen es, biologische und genetische Barrieren der Sterilität zu überwinden und eine Schwangerschaft herbeiführen, wo dies auf natürlichem Wege nicht möglich ist. Trägt ein Spermium in seinem Y-Chromosom eine Mikrodeletion so wird dieser Gendefekt mit der Wahrscheinlichkeit von 100 % auf alle männlichen Nachkommen übertragen. Das bedeutet, dass männliche Nachkommen dieselben Probleme wie ihre Väter haben werden.

Abb. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Übertragung von Mikrodeletion auf dem Y-Chromosom laut holanrischer Vererbung (Übertragung des Vaters auf den Sohn, Mikrodeletion rot markiert)

(Abb. 5) Schematische Darstellung der Vererbung der Mikrodeletion im AZF Abschnitt eines Y-Chromosoms