Genetische Untersuchungen
Wir können Gentests durchführen, um festzustellen, ob das Merkmal in der Familie vererbt wird. 1990 führte Mary-Claire King von der UC Berkeley eine Verknüpfungsanalyse in Familien mit Brustkrebs durch und grenzte den Ort des Gens auf Chromosom 17q21 ein 1. Dieses Gen wurde später als BRCA1 bezeichnet.
Verknüpfungsanalyse
Abbildung 1: Homologe Rekombination während der Meiose, die zu neuen genetischen Variationen führt
Gene, die sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, werden während der Meiose in der Regel gemeinsam vererbt. Während der Meiose werden die beiden Schwesterchromatiden getrennt, und es kann zu einer Kreuzung kommen, die zu einer homologen Rekombination führt, bei der Material von einem Schwesterchromatid auf das andere Chromatid übertragen wird. Dieser Vorgang führt zu genetischen Variationen, die ein Individuum von den anderen unterscheiden. Wie in Abbildung 1 dargestellt, besteht bei zwei nahe beieinander liegenden Genen eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie gemeinsam vererbt werden, da sie bei der homologen Rekombination ausgetauscht werden. Befinden sich dagegen zwei Gene an entgegengesetzten Enden des Chromosoms, werden sie nicht gemeinsam vererbt. Ein Gen wird in die homologe Rekombination einbezogen und in ein Schwesterchromatid übertragen, während das andere Gen auf dem ursprünglichen Chromatid verbleibt. Da nur ein Chromatidenpaar (ein Chromosom) an die Nachkommen weitergegeben wird und sich die beiden Gene nun auf zwei verschiedenen Chromosomen befinden, erben die Nachkommen nur eines der beiden Gene.
Die Verknüpfungsanalyse ist sehr nützlich, um die ungefähre Position eines interessierenden Gens zu bestimmen, z. B. eines Gens, von dem man annimmt, dass es eine Krankheit oder einen Zustand verursacht. Um dieses Gen zu identifizieren, können wir Marker oder spezifische DNA-Sequenzen verwenden, deren genaue Position bekannt ist. Beispielsweise können wir Mikrosatelliten oder SNP (Single Nucleotide Polymorphism = Einzelnukleotid-Polymorphismus) als Marker verwenden. Indem wir beobachten, welche Allelvariation bei dem betroffenen Individuum immer vorhanden ist, können wir den ungefähren Ort des Gens eingrenzen.
Wir müssen viele Individuen in der Familie über mehrere Generationen hinweg analysieren, um den Genort zu bestimmen, weil wir ein bestimmtes Allel finden müssen, das immer bei der betroffenen Person vorhanden ist und nie bei der gesunden Person. Innerhalb einer Familie gibt es weniger genetische Variationen, da sie alle genetisch miteinander verwandt sind. Deshalb ist es am besten, Personen innerhalb einer engen Familie zu vergleichen, anstatt eine gesunde Person aus einer nicht verwandten Familie zu finden. Dieses gesunde Individuum kann das gleiche Allel haben, da es jedoch aus einer nicht verwandten Familie stammt, besitzt es das Krankheitsgen nicht. Daher müssen wir immer innerhalb einer nahen Familie vergleichen.
Mikrosatelliten
Mikrosatelliten sind kurze, sich wiederholende DNA-Sequenzen von zwei bis sechs Basenpaaren. Die Anzahl der Wiederholungen kann von Individuum zu Individuum variieren; sie repräsentieren die verschiedenen Allele. Zum Beispiel hat Allel 1 vier Wiederholungen, Allel 2 fünf Wiederholungen, Allel 3 sechs Wiederholungen usw. SNPs können auch als Marker in der Verknüpfungsanalyse verwendet werden, allerdings gibt es nur zwei Allele für SNPs. Zum Beispiel C/T, was bedeutet, dass Allel 1 ein C hat, während Allel 2 ein T hat. Aufgrund der höheren Anzahl an Variabilität bei Mikrosatelliten als bei SNPs ist es einfacher, eine Verknüpfungsanalyse mit Mikrosatelliten durchzuführen.
Eines der häufigsten Beispiele für Mikrosatelliten ist (CA)n, wobei n die Anzahl der CA-Wiederholungen darstellt. Die Anzahl der Wiederholungen kann zwischen drei und 100 Mal variieren, was zu einer hohen Anzahl von Allelen in der Population führt. Zur Erinnerung: Diese hohe Anzahl von Allelen ist in der Population und nicht im Individuum vorhanden! Wir haben nur zwei Kopien von Chromosomen, was bedeutet, dass wir in unseren Zellen maximal zwei verschiedene Allele haben. Wenn ein Individuum zwei verschiedene Allele hat, z. B. (CA)10 und (CA)15, wird er/sie als heterozygot für den Mikrosatelliten bezeichnet. Wenn ein Individuum hingegen nur ein Allel in beiden Chromosomen hat, wird es als homozygot für den Mikrosatelliten bezeichnet. Wir können den Genotyp des Mikrosatelliten analysieren, indem wir ihn mit PCR amplifizieren und die Länge (die Anzahl der Wiederholungen) mit Gelelektrophorese analysieren.
Quellen
- Hall JM, Lee MK, Newman B, Morrow JE, Anderson LA, Huey B, King MC., 1990, Linkage of early-onset familial breast cancer to chromosome 17q21. Science Dec 21;250(4988):1684-9.