grundlagen
Vererbung monogener Störungen
Vererbungsmuster
Viele genetische Störungen, insbesondere solche, die Eigenschaften zur Folge haben, welche durch mehrere Gene gesteuert werden, oder solche, die anfälliger für Umwelteinflüsse sind, weisen kein offensichtliches Vererbungsmuster auf. Einige monogene Störungen zeigen jedoch typische Muster, insbesondere wenn die Penetranz hoch und die Expressivität vollständig ist. In solchen Fällen können die Muster anhand der Fragen identifiziert werden, ob die Eigenschaft dominant oder rezessiv ist, ob das Gen X-gebunden ist oder auf einem Mitochondriale Chromosomen liegt. Gen Gen Dominant Dominant Rezessiv Rezessiv Nicht X-gebundene (autosomale) Vererbung None Marfan-Syndrom None Huntington-Krankheit None Mukoviszidose (zystische Fibrose, CF) None X-gebundene Vererbung None Hypophosphatämische Rachitis (Phosphatdiabetes) None Alport-Syndrom None Rot-Grün-Farbenblindheit Hämophilie None Nicht X-gebundene Gene sind Gene, die auf einem oder beiden der 22 Paare von nicht geschlechtlichen (autosomalen) Chromosomen getragen werden. Folgende Regeln gelten allgemein für dominante Störungen, die durch ein dominantes, nicht X-gebundenes Gen bestimmt werden: Wenn ein Elternteil die Störung hat und das andere nicht, besteht bei jedem Kind eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, die Störung zu erben. Personen, die die Störung nicht haben, tragen in der Regel das Gen nicht und geben daher auch nicht die Eigenschaft auf ihre Nachkommen weiter. Frauen und Männer sind gleich häufig betroffen. Die meisten Menschen mit der Störung haben mindestens einen Elternteil mit der Störung, obwohl die Störung ggf. nicht offenkundig ist und beim betroffenen Elternteil nicht einmal diagnostiziert wurde. Manchmal tritt die Störung jedoch als eine neue genetische Mutation auf. Folgende Regeln gelten allgemein für rezessive Störungen, die durch ein rezessives, nicht X-gebundenes Gen bestimmt werden: Fast jeder mit dieser Störung hat Eltern, die beide eine Kopie des abnormen Gen tragen, obwohl keiner der Eltern die Störung hat (da zwei Kopien des abnormen Gens erforderlich sind, damit das Gen exprimiert wird). Einzelne Mutationen führen weniger häufig zu einer Störung als dominant vererbte Störungen (da für die Expression bei rezessiven Störungen beide Gene eines Paares abnorm sein müssen). Wenn ein Elternteil die Störung hat und das andere ein abnormes Gen trägt, jedoch die Störung nicht hat, besteht bei der Hälfte ihrer Kinder die Wahrscheinlichkeit, die Störung zu haben. Ihre anderen Kinder werden Träger mit einem abnormen Gen sein. Wenn ein Elternteil die Störung hat und das andere Elternteil das abnorme Gen nicht trägt, wird keines ihrer Kinder die Störung haben, jedoch werden alle ihre Kinder das abnorme Gen erben und tragen, das sie dann ihren Nachkommen vererben können. Eine Person, die die Störung nicht hat und deren Eltern sie nicht haben, jedoch deren Geschwister die Störung haben, ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 66 % Träger des abnormen Gens. Frauen und Männer sind gleich häufig betroffen. Einige Störungen stellen eine nicht X-gebundene, rezessive Eigenschaft dar. Um die Störung zu haben, muss eine Person in der Regel zwei abnorme Gene bekommen - eines von jedem Elternteil. Falls beide Eltern ein abnormes und ein gesundes Gen tragen, hat kein Elternteil die Störung, aber bei jedem Elternteil besteht eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, das abnorme Gen an seine Kinder zu vererben. Daher besteht bei jedem Kind: eine Wahrscheinlichkeit von 25 %, zwei abnorme Gene zu erben und folglich die Störung zu entwickeln (also davon betroffen zu sein), eine Wahrscheinlichkeit von 25 %, zwei gesunde Gene zu erben und eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, ein gesundes und ein abnormes Gen zu erben (und folglich wie die Eltern Träger der Störung zu sein). Folglich liegt die Wahrscheinlichkeit bei Kindern, die Störung nicht zu entwickeln (d. h., normal oder Träger zu sein), bei 75 %. X-gebundene Gene sind Gene, die auf X-Chromosomen liegen. Folgende Regeln gelten allgemein für dominante Störungen, die durch ein dominantes, X-gebundenes Gen bestimmt werden: Betroffene Männer vererben die Störung an alle ihre Töchter, nicht aber an ihre Söhne. (Die Söhne betroffener Männer erhalten nicht das väterliche X-Chromosom, sondern nur das Y-Chromosom, welches das abnorme Gen nicht trägt.) Im Mittel übertragen betroffene Frauen mit nur einem abnormen Gen die Störung auf die Hälfte ihrer Kinder beiden Geschlechts. Betroffene Frauen mit zwei abnormen Genen vererben die Störung an alle ihre Kinder. Viele X-gebundene, dominante Störungen verlaufen bei betroffenen Männern tödlich. Bei Frauen passiert folgendes: Selbst, wenn das Gen dominant ist, kompensiert das zweite gesunde Gen auf dem anderen X-Chromosom die Wirkung des dominanten Gens in einem gewissen Ausmaß und verringert so die Auswirkung der Störung. Mehr Frauen als Männer haben die Störung. Der Unterschied zwischen den Geschlechtern ist noch größer, wenn die Störung bei Männern tödlich verläuft. Dominante, X-gebundene schwere Krankheiten sind selten. Beispiele sind die angeborene Rachitis (familiäre Hypophosphatämische Rachitis (Phosphatdiabetes) ) und die Folgende Regeln gelten allgemein für rezessive Störungen, die durch rezessive, X-gebundene Gene bestimmt werden: Fast alle Betroffenen sind männlich. Alle Töchter eines betroffenen Mannes sind Trägerinnen des abnormen Gens. Ein betroffener Mann vererbt die Störung nicht an seine Söhne. Frauen, die das Gen tragen, haben die Störung nicht (es sei denn, sie haben das abnorme Gen auf beiden X-Chromosomen, oder es liegt eine Inaktivierung des anderen gesunden Chromosoms vor). Sie vererben jedoch das Gen an die Hälfte ihrer Söhne, die in der Regel die Störung haben. Ihre Töchter haben – wie die Mutter – die Störung zumeist nicht, die Hälfte der Töchter sind jedoch Trägerinnen. Ein Beispiel für eine verbreitete X-gebundene, rezessive Eigenschaft ist die Rot-Grün-Farbenblindheit, die ca. 10 % aller Männer, jedoch kaum Frauen betrifft. Männer erhalten das für Farbenblindheit verantwortliche Gen von der Mutter, die in der Regel nicht farbenblind, jedoch Trägerin des entsprechenden Gens ist. Das Gen stammt nie vom Vater, der stattdessen das Y-Chromosom beisteuert. Die Töchter farbenblinder Väter sind selten farbenblind, aber immer Trägerinnen des für Farbenblindheit verantwortlichen Gens. Ein Beispiel für eine schwere, durch ein X-gebundenes, rezessives Gen verursachte Krankheit ist die Hämophilie , eine Erkrankung, die zu schweren Blutungen führt. Wenn ein Gen X-gebunden ist, liegt es auf dem X-Chromosom. Rezessive, X-gebundene Störungen treten in der Regel nur bei Männern auf. Diese nur Männer betreffende Entwicklung tritt auf, weil Männer nur ein X-Chromosom haben und daher kein gepaartes Gen vorhanden ist, das die Wirkung des abnormen Gens kompensieren kann. Frauen haben zwei X-Chromosomen, daher bekommen sie in der Regel auf dem zweiten X-Chromosom ein gesundes Gen oder ein das abnorme Gen kompensierendes Gen. Das gesunde bzw. kompensierende Gen bewahrt Frauen üblicherweise davor, die Störung zu entwickeln (es sei denn, das kompensierende Gen ist inaktiv oder fehlt). Wenn der Vater ein abnormes, X-gebundenes Gen (und daher die Störung) und die Mutter zwei gesunde Gene hat, werden alle ihre Töchter ein abnormes und ein gesundes Gen bekommen, was sie zu Trägerinnen macht. Keiner ihrer Söhne bekommt das abnorme Gen, weil sie das Y-Chromosom des Vaters bekommen. Wenn die Mutter Trägerin ist und der Vater das gesunde Gen hat, besteht bei jedem Sohn eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, das abnorme Gen von der Mutter zu erben (und die Störung zu entwickeln). Bei jeder Tochter besteht eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, ein abnormes und ein gesundes Gen zu erben (Trägerin zu werden), und eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, zwei gesunde Gene zu erben. Eine Eigenschaft, die nur bei einem Geschlecht auftritt, heißt geschlechtsbegrenzt. Geschlechtsbegrenzte Vererbung unterscheidet sich von der X-gebundenen Vererbung. X-gebundene Vererbung bezieht sich auf Eigenschaften, die auf dem X-Chromosom liegen. Geschlechtsbegrenzte Vererbung – richtiger wäre vielleicht „geschlechtsbeeinflusste“ Vererbung – liegt vor, wenn Penetranz und Expressivität einer Eigenschaft zwischen Männern und Frauen unterschiedlich sind. Die unterschiedliche Penetranz und Expressivität tritt auf, weil Männer und Frauen unterschiedliche Geschlechtshormone und noch andere verschiedene Faktoren haben. Vorzeitige Glatze (bekannt als androgenetische Alopezie) ist z. B. eine nicht X-gebundene, dominante Eigenschaft, diese Alopezie wird jedoch bei Frauen selten oder lediglich nach der Menopause exprimiert. sind winzige Strukturen in jeder Zelle, die die Zelle mit Energie versorgen. Jede Zelle enthält viele Mitochondrien. Mitochondrien tragen ihr eigenes Chromosom, das einige der Gene enthält, die die Funktion des Mitochondriums steuern. Mehrere seltene Krankheiten werden durch abnorme Gene verursacht, die auf dem Chromosom innerhalb des Mitochondriums liegen. Ein Beispiel ist die Erbliche Erkrankungen des Sehnervs , die einen unterschiedlich ausgeprägten, oft jedoch verheerenden Sehverlust auf beiden Augen verursacht, der zumeist in der Jugend beginnt. Ein anderes Beispiel ist eine Störung, die durch Diabetes mellitus vom Typ 2 und Gehörlosigkeit gekennzeichnet ist. Da der Vater generell keine mitochondriale DNS an das Kind vererbt, werden Krankheiten, die durch abnorme mitochondriale Gene verursacht werden, fast immer von der Mutter übertragen. Daher laufen alle Kinder einer betroffenen Mutter Gefahr, die Anomalie zu erben, jedoch ist normalerweise keines der Kinder des Vaters dieser Gefahr ausgesetzt. Nicht alle mitochondrialen Störungen werden durch abnorme mitochondriale Gene verursacht (einige werden durch Gene im Zellkern verursacht, die sich auf das Mitochondrium auswirken). Daher kann es sein, dass die DNS des Vaters an einigen mitochondrialen Störungen mitwirkt. Anders als bei der DNS im Zellkern unterscheidet sich gelegentlich die Menge der abnormen mitochondrialen DNS von Körperzelle zu Körperzelle. Enthält also eine Körperzelle ein abnormes mitochondriales Gen, so führt dies in einer anderen Körperzelle nicht unbedingt zu einer Störung. Selbst eine anscheinend gleiche genetische Veränderung in den Mitochondrien zweier Menschen kann sich verschiedenartig Penetranz und Expressivität . Diese Variation erschwert die Diagnose und die genetische Untersuchung und Beratung, wenn es darum geht, Vorhersagen bei Menschen zu treffen, die bekannte oder vermutete Anomalien in den Mitochondrien haben. 