Eine genetische Variation ist eine dauerhafte Veränderung in der DNA-Sequenz, aus der ein Gen besteht. Die meisten Variationen sind harmlos oder haben überhaupt keine Auswirkungen. Andere Variationen können jedoch schädliche Auswirkungen haben und zu Krankheiten führen. Wieder andere können langfristig nützlich sein und einer Art helfen, sich an Veränderungen anzupassen.
Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP)
SNPs sind Variationen, die eine Veränderung in nur einem Nukleotid beinhalten. Es wird geschätzt, dass das menschliche Genom mehr als 10 Millionen verschiedene SNPs enthält. Da es sich bei SNPs um so kleine Veränderungen innerhalb der DNA handelt, haben die meisten von ihnen keine Auswirkungen auf die Genexpression. Einige SNPs sind jedoch dafür verantwortlich, dass wir einzigartige Merkmale haben, wie zum Beispiel unsere Haar- und Augenfarbe. Andere SNPs haben möglicherweise subtile Auswirkungen auf unser Risiko, Volkskrankheiten wie Herzkrankheiten, Diabetes oder Schlaganfälle zu entwickeln.
Copy Number Variation (CNV)
Mindestens 10 Prozent des menschlichen Genoms bestehen aus CNVs, d. h. großen DNA-Abschnitten, die gelöscht, kopiert, umgedreht oder auf andere Weise in Kombinationen neu angeordnet sind, die für jedes Individuum einzigartig sein können. Diese DNA-Abschnitte betreffen häufig proteinkodierende Gene. Das bedeutet, dass CNVs wahrscheinlich verändern, wie ein Gen sein Protein herstellt.
Da Gene in der Regel in zwei Kopien vorliegen, von denen jeweils eine von einem Elternteil vererbt wird, könnte eine CNV, die ein einzelnes fehlendes Gen betrifft, die Produktion eines Proteins unter die erforderliche Menge senken.
Zu viele Kopien eines Gens zu haben, kann auch schädlich sein. Obwohl die meisten Fälle der Parkinson-Krankheit sporadisch auftreten (ohne bekannte Ursache), wurden einige Fälle mit zwei oder mehr Kopien des SNCA-Gens in Verbindung gebracht, das für ein Protein namens Alpha-Synuclein kodiert. Das überschüssige Alpha-Synuclein sammelt sich in Klumpen in den Gehirnzellen an und scheint den Zellapparat zu blockieren. Aus unklaren Gründen werden ähnliche Klumpen auch mit der sporadischen Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht.
Einzelgenmutation
Einige genetische Variationen sind klein und betreffen nur ein einziges Gen. Diese einzelnen Genmutationen können jedoch große Auswirkungen haben, da sie die Anweisungen eines Gens zur Herstellung eines Proteins beeinflussen. Einzelne Genmutationen sind für viele seltene erbliche neurologische Krankheiten verantwortlich.
Die Huntington-Krankheit beispielsweise ist das Ergebnis einer so genannten erweiterten „Triplett-Wiederholung“ im Huntingtin-Gen. Normale Gene haben oft triolische Wiederholungen, bei denen derselbe triolische Aminosäurecode wie ein Stotterer mehrfach vorkommt. Diese Wiederholungen sind in der Regel harmlos.
Im Huntingtin-Gen sind Triplett-Wiederholungen von 20 bis 30 normal. Bei Menschen mit der Huntington-Krankheit erreicht die Anzahl der Wiederholungen jedoch 40 oder mehr. Durch die Mutation entsteht ein abnorm geformtes Protein, das für die Nervenzellen giftig ist. Wenn die Zellen abzusterben beginnen, treten die Symptome der Huntington-Krankheit auf: unkontrollierbare, sich windende Bewegungen der Beine und Arme, ein Verlust der Muskelkoordination und Veränderungen der Persönlichkeit und des Denkens.
Die Rolle von Genen bei neurologischen Erkrankungen
Die meisten der einzelnen Genmutationen, die seltene neurologische Erkrankungen wie die Huntington-Krankheit verursachen, sind bereits bekannt. Im Gegensatz dazu gibt es noch viel zu lernen über die Rolle genetischer Variationen bei häufigen neurologischen Störungen und Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit und dem Schlaganfall. Ein paar Dinge sind klar. Erstens: Bei den meisten Menschen beeinflusst ein komplexes Zusammenspiel von Genen und Umwelt das Risiko, diese Krankheiten zu entwickeln. Zweitens: Wenn bekannt ist, dass bestimmte genetische Variationen wie SNPs das Krankheitsrisiko beeinflussen, sind die Auswirkungen einer einzelnen Variation in der Regel sehr gering. Mit anderen Worten: Die meisten Menschen, die von einem Schlaganfall oder der Alzheimer-Krankheit betroffen sind, haben eine unglückliche Kombination aus vielen „Treffern“ im Genom und in der Umwelt erlebt. Schließlich können neben Veränderungen in der DNA-Sequenz auch Veränderungen in der Genregulierung – zum Beispiel durch sRNAs und epigenetische Faktoren – eine Schlüsselrolle bei Krankheiten spielen.
Wissenschaftler suchen nach Zusammenhängen zwischen Genen und Krankheitsrisiko, indem sie zwei Arten von Studien durchführen. In einer genomweiten Assoziationsstudie (GWA) suchen Wissenschaftler nach SNPs oder anderen Veränderungen in der DNA-Sequenz und vergleichen die Genome von Personen (Menschen, Labortieren oder Zellen), die eine Krankheit haben, mit denen von Personen, die die Krankheit nicht haben. In einer anderen Art von Studie, der Genexpressionsprofilierung, suchen Wissenschaftler nach Veränderungen in der Genexpression und -regulation, die mit einer Krankheit in Verbindung stehen.
Für beide Arten von Studien wird häufig ein so genanntes DNA-Mikroarray verwendet, ein kleiner Chip, der manchmal auch als Genchip bezeichnet wird und mit einer Reihe von DNA-Fragmenten beschichtet ist. Die Fragmente dienen als Sonden für DNA (in einer GWA-Studie) oder RNA (bei der Erstellung von Genexpressionsprofilen), die aus einer Blut- oder Gewebeprobe isoliert wurden.
In zunehmendem Maße führen Wissenschaftler diese Studien durch direkte Sequenzierung durch, bei der DNA- oder RNA-Sequenzen Nukleotid für Nukleotid gelesen werden. Früher war die Sequenzierung ein zeitaufwändiges und teures Verfahren, aber eine neue Reihe von Techniken, die so genannte Sequenzierung der nächsten Generation, hat sich als effizienter und kostengünstiger Weg erwiesen, um einen detaillierten Überblick über das Genom zu erhalten.
Der Beitrag basiert auf Informationen von MedlinePlus.