Forschung
Im Jahr 1994 konnte Noe German Pasteris im Labor von Jerome L. Gorski am Institut für Humangenetik an der Michigan State University in Ann Arbor die Ursache von Aarskog-Scott Syndrom finden. Bei einem Aarskog-Scott-Patienten war das X-Chromosom an einer Stelle "gebrochen". Interessanter Weise ist in dieser Region bei "vielen" AAS-Patienten eine Mutation vorhanden. An dieser Stelle des X-Chromosoms ist ein Gen lokalisiert, welches für das Protein FGD1 kodiert. FGD1 steht für Facio-Genital-Dysplasie-Protein-1. Den Namen erhielt es auf Grund der Symptome des Syndroms.
Das X-Chromosom
Jeder Mensch besitzt 46 Chromosomen. Je die Hälfte bekommen wir von Mutter und Vater. Isoliert man die Chromosomen aus einer Zelle und sortiert sie der Größe nach nennt man dies ein Karyogramm. Das größte Chromosom bekommt die Zahl 1, das kleinste die 44. Diese Chromosomen werden auch als Autosomen bezeichnet.
Normalerweise stellt man sich die Chromosomen in einer X ähnlichen Struktur vor. In dieser Form liegen die Chromosomen aber lediglich während der Mitose (Zellteilung) vor. Rechts sehen sie zwei solcher Chromosomen nämlich links das X- und rechts das Y-Chromosom. Diese beiden Chromosomen werden auch als Gonosomen oder Geschlechtschromosomen bezeichnet und haben die Nummern 45 und 46. Diese beiden Geschlechtschromosomen bestimmen das Geschlecht des jeweiligen Menschen. Zwei X-Chromosomen steht für weiblich und die Kombination XY bewirkt das männliche Geschlecht.
Das Chromosom während der Zellteilung besteht aus zwei Chromatiden die am Centromer miteinander verbunden sind. Die beiden Chromatiden enthalten exakt die gleiche Erbinformation und sind entweder von Mutter oder Vater. Das eine Chromatid ist die Kopie des anderen. Bei der Zellteilung wird jeweils ein Chromatid in die neu entstehende Tochterzelle weitergegeben.
Um die Chromosomenanzahl und ihre Größe zu kontrolieren erstellt man ein so genanntes Karyogramm. Zu Beginn der Zellteilung verkürzen sich die Chromosomen und rollen sich spiralig zusammen. In dieser Phase sind die Chromosomen im Mikroskop sichtbar. Hält man die Zelle in dieser Phase und gibt das Spindelgift Colchizin (ein Gift der Herbstzeitlose) verbleiben die Chromosomenen in dieser kondensierten Form. Werden die Chromosomen nun fotografiert und nach Größe, Lage des Centromers und Bandenmuster geordnet erhält man das Karyogramm wie es links für einen gesunden Mann abgebildet ist. Lassen Sie sich nicht verwirren, die Chromosomen bestehen in dieser Phase lediglich aus einem Chromatid (ein halbes X) und haben sich noch nicht verdoppelt. Das erste "vermeintliche" X sind eigentlich zwei Chromosomen nämlich das Autosom 1 der Mutter und das Autosom 1 des Vaters. Aus dem Karyogramm lässt sich nun der Karyotyp ablesen. In diesem abgebildeten Fall würde es sich um 46, XY handeln. Betrachtet man die Chromosomen genauer, so stellt man ein Bandenmuster fest. Dieses Bandenmuster kommt durch den Farbstoff, der das Chromosom für das Lichtmikroskop sichtbar macht. Dieses Bandenmuster ist nicht nur charakteristisch für ein bestimmtes Chromosom, sondern auch speziesspezifisch.
Lage von FGD1 auf dem
X-Chromosom
Nimmt man das X-Chromosom näher unter die Lupe und vergrößert es, erhält man ein Bild wie das rechts abgebildete. Man kann erkennen, dass es grob in zwei Bereiche eingeteilt werden kann. Einmal in einen kürzeren Bereich (den p-Teil) - hier im Bild oben - und den längeren Bereich (den q-Teil) - hier im Bild unten. Diese beiden Bereiche sind durch das Zentrosom getrennt. Das Bandenmuster unterteilt den p- und q-Teil in weitere Abschnitte. Eine noch feinere Unterteilung stellt die Zahleneinteilung dar. Nach diesem Zahlencode liegt FGD1 im p-Teil des X-Chromosoms an Stelle 21.11. Die genaue Bezeichnung wäre demnach Xp 21.11.
Die erste Base des p-Stranges wird als erste Base des Chromosoms gerechnet. Von dieser Base aus liegt der Anfang des FGD1 Gens bei 54.5 Megabasen (54500000 Basen). Genau von der Base 54.488.612 bis zur Base 54.539.324 und hat eine Größe auf dem X-Chromosom von 50.712 Basen.
Neben des FGD1 Gens gibt es auf dem X-Chromosom noch weitere 1336 Gene. Für viele dieser Gene ist die Funktion bereits bekannt. Allerdings darf man nicht aus den Augen verlieren, dass für einige Bereiche auf Grund der Struktur (Basenfolge) auf ein Gen bzw. Protein geschlossen wird, dessen Funktion aber noch nicht bekannt ist. Diese werden dann als "hypthetical gene" oder "hypothetical protein" bezeichnet.
Genomischer Aufbau des FGD1 Gens
Bei der Komplexität des Menschen ging man lange davon aus, dass hierfür sehr viele, vermutlich einige 100.000 Gene nötig sein müssen. Als das Genomprojekt Ende des 20./Anfang des 21. Jahrhunderts fertiggestellt wurde stellte man jedoch fest, dass "lediglich" 30.000 Gene im menschlichen Genom vorhanden sind. Wie lässt sich diese Diskrepanz erklären?
Es gibt das Phänomen "Spleißen", welches jedoch nur(!) bei Eukaryonten - also nicht bei Bakterien - vorkommt. Durch dieses Phänomen kann aus einem Gen mehrere Varianten gemacht werden.
Das FGD-1 Gen ist mit über 50kb (Kilobasenpaaren) riesig. Es besteht aus insgesamt 18 Exons. Exons sind die Bereiche die für das spätere Protein codieren. Sie bestimmen die Sequenz des Proteins. Das die nicht codierende Bereiche ebenfalls enorm sein müssen macht der Vergleich zur mRNA deutlich. Die Boten-RNA besteht nämlich gerade Mal noch aus 4273 Basenpaaren. Dies bedeutet, dass die Exons gerade einmal knapp 10% der Sequenz auf dem X-Chromosom ausmachen. Der restliche Teil (knapp 45kb) sind Intronstrukturen, die für das eigentliche Protein "nicht unbedingt" nötig sind. Zumindest kommen diese Sequenzen "nicht" in der endgültigen mRNA vor und werden somit auch nicht in die Aminosäurensequenz des Proteins übersetzt. Sie werden in die prä-mRNA übersetzt, aber anschließend durch den "Spleißvorgang" herausgeschnitten. Diese Sequenzen sind deshalb in der "fertigen" mRNA nichtmehr vorhanden.
Gehen wir nun die verschiedenen Exons nacheinander durch:
Exon 1: 1041bp; jedoch steht hier das Startcodon ATG erst nach 734bp (735-737bp)
CAGGGCTCCTTCCCGCCCGCCGCCGCCGAGACCCAGGCTGAAGCTGGGGAGGACGGTGGA
GCCCGGCCCAGGCCGTTCTCCTGCCCCCGCGGCTGGAGCATCGTCTGGGACTACTGGCTG
AAGGCGAGCCCCGCAGCCCAAGCGCAGCGCACACGCGCGCCCCCGGCCACCGCCGTTCTC
TCTTCCCTCCCCTCCTCTCCCCTCCCCTCTCCTCCGCCCCCGGCCTCGGCTGCGGCGGGA
GGAAGAACGCTTCCCAACCAGCCAGGAGAGCCCAGATCTATTCCCATTCGGGGAGAAAGA
AGAGACCCCGCACTTGGATCCGACCGACTTCTCGCCCCGGGGCCACGGAAGTGGCTCGCC
GTCCACCGGAGAGTCCCCGCCGAGCGTAGCCCTCCAACCCTCGCCCAACCGCAGCCGCAT
AGACAGCGCTCCCCAGCGGGCCCCCGGCCCCGCCGAGCCCACTCCCCGCGCGGGGCCGGG
GCCGGGGCCGGCGATGCCTGGCACGGCAGCGGCGGTGGCCGCGGCTGCTGCTGCTGCTAC
TGCCACCGCTGCCACGGCTGCTGGCCCGGGCCCGGGCTGGGGGCTTGAGTCTCTGCAGTG
GGGCTGAGCCCGCAGTCCCGCCCCCCGATCCTGAGGCCGCTGCTCCGCCGGGCGCCGGGC
CTCCTCCGCCCGCGCCTCCGCCCCAGGAGCTGGAGCCAAGCGGGGAGCTCGGGCCCCGCG
CCCAGGCCCGGACCATGCATGGCCACCGAGCCCCGGGGGGCGCCGGGCCTTCGGAGCCCG
AACACCCGGCCACGAACCCGCCGGGCGCCGCTCCGCCGGCCTGTGCCGACTCGGACCCTG
GAGCCTCGGAACCCGGACTGCTGGCGCGCAGGGGCTCAGGTTCGGCTCTTGGCGGCCCAC
TGGATCCCCAGTTTGTCGGACCCTCGGACACCAGCCTGGGCGCTGCTCCAGGCCACCGGG
TCTTGCCCTGCGGTCCCAGTCCACAGCACCACCGGGCCCTGCGCTTCTCTTACCACCTGG
AGGGCTCGCAGCCTCGGCCTG
Exon 2: 174bp
GGCTGCACCAGGGAAACCGGATCCTGGTTAAAAGTTTGTCCCTTGACCCTGGCCAAAGCC
TAGAGCCTCATCCAGAAGGTCCCCAGCGGCTTCGCTCAGACCCAGGTCCCCCGACTGAAA
CCCCTAGCCAGCGTCCTTCACCACTGAAGCGGGCACCGGGCCCGAAGCCACAGG
Exon 3: 178bp
TGCCCCCAAAGCCCAGCTACCTGCAGATGCCCCGGATGCCCCCCCCACTGGAGCCCATCC
CCCCTCCACCATCACGCCCACTGCCTGCCGACCCCCGAGTGGCCAAGGGCCTGGCTCCCA
GGGCAGAGGCCAGCCCCAGTTCTGCAGCAGTATCCTCACTGATTGAGAAGTTTGAAAG
Exon 4: 442bp
AGAGCCTGTGATTGTCGCCTCGGATAGACCAGTCCCTGGCCCCAGCCCAGGTCCCCCAGA
GCCAGTCATGTTGCCACAGCCAACCTCGCAGCCACCAGTGCCCCAGCTCCCCGAGGGTGA
GGCCTCCCGCTGCCTGTTTCTGCTGGCTCCTGGGCCCCGGGACGGTGAGAAGGTGCCCAA
CCGGGACAGCGGCATTGATAGCATCAGCTCGCCATCCAACAGCGAGGAGACCTGCTTCGT
CAGTGATGACGGGCCCCCCAGCCACAGCCTCTGCCCTGGGCCCCCTGCCCTGGCTAGTGT
GCCTGTTGCCTTGGCCGACCCCCACCGGCCTGGCTCCCAAGAGGTTGACAGTGACCTGGA
GGAGGAGGACGACGAGGAGGAGGAGGAAGAGAAGGACAGAGAAATCCCAGTGCCCCTGAT
GGAGAGACAGGAGTCTGTGGAG
Exon 5: 90bp
TTGACTGTGCAGCAAAAGGTGTTTCACATTGCCAATGAGCTCCTGCAAACTGAGAAGGCC
TACGTTTCCAGGCTCCATCTCCTGGATCAG
Exon 6: 149bp
GTGTTCTGTGCCCGGCTGCTGGAAGAAGCTCGGAACCGCAGTTCCTTCCCGGCCGACGTT
GTCCACGGCATCTTCTCTAACATCTGCTCCATCTATTGCTTCCACCAGCAGTTCCTGCTG
CCTGAGCTAGAGAAGCGCATGGAGGAATG
Exon 7: 157bp
GGACCGCTATCCACGCATTGGAGACATCCTGCAGAAACTGGCCCCCTTCCTCAAGATGTA
TGGTGAGTATGTGAAGAACTTTGACCGGGCCGTGGAGCTGGTCAACACCTGGACAGAGCG
CTCCACCCAGTTTAAAGTCATCATCCATGAGGTGCAG
Exon 8: 139bp
AAGGAGGAAGCCTGTGGCAACCTGACATTGCAGCACCACATGCTGGAGCCTGTGCAGCGC
ATCCCCCGCTATGAGCTTCTTCTCAAGGACTATCTGTTAAAGCTGCCCCATGGCTCCCCG
GACAGCAAGGATGCCCAAA
Exon 9: 59bp
AGTCTCTGGAGCTGATCGCCACAGCAGCAGAGCACTCGAATGCTGCCATCCGCAAAATG
Exon 10: 147bp
GAGCGAATGCATAAGCTGCTGAAGGTATATGAGCTGTTAGGGGGCGAGGAGGACATTGTC
AGCCCCACCAAAGAGCTCATAAAAGAAGGCCACATCCTTAAGCTGTCAGCAAAGAATGGG
ACCACTCAAGACCGATACCTCATACTA
Exon 11: 93bp
TTCAACGACCGCCTCCTTTACTGCGTGCCCAGGCTGCGGCTCCTTGGCCAGAAGTTTAGC
GTGCGGGCACGCATTGATGTAGATGGCATGGAG
Exon 12: 80bp
CTAAAGGAGAGCTCCAACCTCAATCTGCCTCGAACCTTCCTGGTGTCAGGAAAGCAGCGC
TCCCTCGAGCTCCAGGCCAG
Exon 13: 31bp
GACTGAGGAGGAGAAGAAAGACTGGGTCCAG
Exon 14: 102bp
GCCATCAACTCCACCCTCCTGAAGCATGAACAGACGCTGGAGACTTTCAAACTGTTGAAC
TCAACAAACAGGGAAGATGAAGACACCCCACCCAACTCTCCA
Exon 15: 126bp
AACGTGGATCTTGGGAAGCGGGCACCTACGCCCATCCGGGAAAAGGAAGTCACCATGTGC
ATGCGCTGCCAGGAGCCCTTCAATTCTATCACCAAACGCAGGCACCACTGCAAGGCCTGC
GGGCAT
Exon 16: 162bp
GTGGTTTGTGGGAAGTGCTCCGAGTTCCGGGCCCGCCTCGTCTATGACAACAACCGCTCC
AACCGTGTGTGCACTGATTGCTATGTGGCCTTGCACGGGGTGCCTGGGAGCAGTCCAGCC
TGCAGCCAGCATACACCCCAGCGCCGGAGGTCCATCCTGGAG
Exon 17: 144bp
AAACAGGCCTCAGTGGCTGCAGAGAACAGCGTCATCTGCAGCTTCCTGCACTACATGGAG
AAGGGTGGCAAAGGATGGCACAAGGCATGGTTCGTGGTCCCTGAAAATGAACCCTTGGTG
CTGTATATCTACGGAGCCCCTCAG
Exon 18: 959bp; wobei das STOP-Codon bereits nach 303bp (304-306bp) kommt
GATGTGAAAGCCCAGCGCAGCCTGCCCCTCATTGGCTTCGAGGTGGGACCGCCCGAGGCA
GGGGAGCGGCCTGACAGAAGGCATGTCTTCAAGATCACCCAGAGCCACCTCAGCTGGTAC
TTCAGCCCTGAGACAGAGGAACTACAGCGACGCTGGATGGCTGTGCTTGGCCGGGCGGGC
CGAGGGGACACGTTCTGCCCGGGGCCCACACTGTCTGAGGACAGGGAGATGGAGGAGGCA
CCGGTGGCTGCTTTAGGAGCCACTGCTGAACCCCCCGAATCCCCCCAGACCCGAGACAAG
ACCTAGAGGGTTTGGGACAAACTGGGAGCCCCCACCCCACACTCTAGTTGCCCATGTCTG
ATTGGGGGCTCTAGCCCCTTCCCTCCCAGCTCAGTCAATACTTGAACTCCCATCACGGGC
ACTTTCAATCCCGAATGCTGGGTCTTGGGTTTTTTAATTCATCTTTTCACAAAACGTGGG
CTTTTAAAAAATATATTCCTACAGTGATGTCAATTTTTATTAATCCCTGTCCCCAGGGAG
GGTGGGAGCCGTTGCCAGTCCTACCTGAATTAGGTCGTTTTTCTCCCTCATCCCTCAATA
CCCTACCACAGATCCTGCCTCCACCCAGTTCCCCACAAAGCACCAGAGGTAGGAGACCTG
GATTCAAGTGCCAGCTCTGCCACTGACCCTGGGGCCCCGACCCAGCCCTGCCTCCTCAGC
CAGTGTCTTCACACGTACAACTCCACGTGGGGTGGCAACTAGACCTCTCCTGCCTCTCCC
ATGGCTTACAGCTTCTACCCGGCCCCAAGGCTACCCAGTATTTTATCGTCCAGACCCATG
GCAGGGCCAGCGGGCAGGACAGGGAAACAGGGGGGAGGACAATGGATACTCAGTTTTTTG
TGTTTTTTTGTGTGTTTTTTTTTTTTTAAGAAAAATACAGTTTATTTCAGGCTTACAGT