Gen- und Chromosomenmutationen: Typen, Ursachen & Reparatur

Genmutationen: Definition und Klassifikation

Genmutationen sind Veränderungen in der Nukleotidsequenz eines Gens.

Typen von Genmutationen

Je nach Art der auftretenden Veränderung werden Genmutationen wie folgt klassifiziert:

• Mutationen durch Basenaustausch (Punktmutationen)

  Hierbei wird eine Base durch eine andere ersetzt. Diese Mutationen verändern ein einzelnes Triplett (Codon). Die Folgen können variieren:

  • Manchmal kodiert das neue Triplett dieselbe Aminosäure, oder die veränderte Aminosäure beeinflusst die Funktion des Proteins nicht (stille Mutation). In diesem Fall hat die Mutation keine nachteiligen Folgen.
  • In anderen Fällen führt die Mutation zu einem Aminosäurewechsel, der das aktive Zentrum eines Enzyms betrifft, oder sie führt zu einem vorzeitigen Stopp-Triplett. Solche Mutationen können schädlich sein.

• Mutationen durch Verlust oder Einfügen von Nukleotiden (Deletionen und Insertionen)

  Deletionen treten auf, wenn ein Nukleotid verloren geht, und Insertionen, wenn ein neues Nukleotid eingefügt wird. In beiden Fällen wird der Prozess der Proteinsynthese beeinflusst.

  Als Folge dieser Mutationen kommt es zu einer Verschiebung des Leserasters der Tripletts ab dem Punkt, an dem die Mutation auftritt (Frameshift-Mutation). Dies verändert alle nachfolgenden Tripletts. Die daraus resultierenden Folgen sind oft schwerwiegend.

Ursachen von Genmutationen

Genmutationen entstehen infolge von drei Hauptursachen:

• Lesefehler

  Diese Fehler treten spontan während der DNA-Replikation auf.

• Unfallverletzungen (DNA-Läsionen)

  Dies sind Veränderungen in der Struktur eines oder mehrerer Nukleotide, die spontan in nicht replizierender DNA auftreten. Die häufigsten sind:

  • Despurinierung

    Der Verlust von Purinbasen durch Spaltung der Bindung zwischen der Base und der Desoxyribose.

  • Desaminierung

    Verursacht durch den Verlust von Aminogruppen in Stickstoffbasen.

  • Dimerisierung von Thymin

    Die Verknüpfung zweier benachbarter Thymine, die ein Thymin-Dimer bilden. Dies wird meist durch UV-Strahlen der Sonnenstrahlung verursacht.

• Transpositionen

  Sie entstehen durch das Vorhandensein von DNA-Segmenten (Transposons), die spontan Mutationen verursachen, indem sie ihre Position ändern.

Die Reparatur von Genmutationen

Die DNA-Replikation ist ein sehr präzises Verfahren. Dies wird durch die Korrekturlesefunktion der DNA-Polymerase erleichtert. Das Enzym prüft, bevor es ein neues Nukleotid hinzufügt, ob das zuvor hinzugefügte korrekt ist. Ist dies nicht der Fall, entfernt es das falsche Nukleotid und ersetzt es durch das entsprechende.

Trotz dieser Aktivität fügt die DNA-Polymerase immer noch etwa ein falsches Nukleotid pro 10⁷ aufgenommenen Nukleotiden ein. Um diese Zahl zu reduzieren, existieren eine Reihe von enzymatischen Reparatursystemen, welche die neu synthetisierte DNA überprüfen und diese Läsionen reparieren.

DNA-Reparatursysteme

Ein wichtiges System ist die DNA-Exzisionsreparatur:

Dieser Prozess wird durch eine Endonuklease eingeleitet, die den Fehler erkennt und zwei Schnitte setzt – einen auf jeder Seite der Läsion. Anschließend entfernt ein Exonuklease-Enzym das gesamte fehlerhafte Nukleotidsegment. Schließlich verbindet eine DNA-Ligase das Ende des reparierten Segments mit dem Rest des Strangs.

Chromosomenmutationen: Strukturveränderungen

Chromosomenmutationen sind Mutationen, die Veränderungen in der internen Struktur der Chromosomen verursachen und somit die Reihenfolge der Gene innerhalb der Chromosomen beeinflussen. Es gibt verschiedene Arten von Chromosomenmutationen:

• Deletionen (Verlust)

  Hierbei geht ein Fragment des Chromosoms verloren. Wenn das Fragment viele Gene enthält, kann die Deletion schwerwiegend oder sogar tödlich sein.

• Duplikationen (Vervielfältigung)

  Dies ist eine Wiederholung eines Chromosomensegments, wodurch die Menge des genetischen Materials erhöht wird.

• Inversionen (Umdrehung)

  Sie entstehen, wenn ein Stück seine Richtung auf dem Chromosom ändert. Wenn das invertierte Segment das Zentromer einschließt, spricht man von einer perizentrischen Inversion; andernfalls von einer parazentrischen Inversion. Inversionen wirken sich in der Regel nicht negativ auf das Individuum aus, das sie trägt, können aber Auswirkungen auf die Nachkommen haben.

• Translokationen (Positionswechsel)

  Sie bestehen aus einem Positionswechsel eines Chromosomensegments. Erfolgt der Austausch von Segmenten zwischen zwei nicht-homologen Chromosomen, spricht man von einer reziproken Translokation. Wenn es sich nur um die Verschiebung eines Segments zu einem anderen Teil desselben oder eines anderen Chromosoms handelt, spricht man von einer Transposition. Translokationen sind für das betroffene Individuum meist nicht negativ, können aber die Nachkommen beeinträchtigen.