Humangenetik - Human genetics

Humangenetik ist das Studium der Vererbung, wie sie beim Menschen vorkommt . Die Humangenetik umfasst eine Vielzahl sich überschneidender Gebiete, darunter: klassische Genetik , Zytogenetik , Molekulargenetik , biochemische Genetik , Genomik , Populationsgenetik , Entwicklungsgenetik , klinische Genetik und genetische Beratung .

Gene sind der gemeinsame Faktor der Eigenschaften der meisten vom Menschen vererbten Merkmale. Das Studium der Humangenetik kann Fragen über die menschliche Natur beantworten, kann helfen, Krankheiten und die Entwicklung wirksamer Behandlungen zu verstehen und uns helfen, die Genetik des menschlichen Lebens zu verstehen. Dieser Artikel beschreibt nur grundlegende Merkmale der Humangenetik; zur Genetik von Erkrankungen siehe: Medizinische Genetik .

Darstellung der Doppelhelixstruktur der menschlichen DNA

Genetische Unterschiede und Vererbungsmuster

Autosomal-dominantes Muster, eine 50/50-Chance.

Die Vererbung von Merkmalen beim Menschen basiert auf dem Vererbungsmodell von Gregor Mendel . Mendel folgerte, dass die Vererbung von diskreten Vererbungseinheiten abhängt, die als Faktoren oder Gene bezeichnet werden.

Autosomal-dominante Vererbung

Autosomale Merkmale werden mit einem einzelnen Gen auf einem Autosom (Nicht-Geschlechtschromosom) in Verbindung gebracht – sie werden als „ dominant “ bezeichnet, weil eine einzelne Kopie – von einem der Elternteile geerbt – ausreicht, um dieses Merkmal zum Vorschein zu bringen. Dies bedeutet oft, dass auch ein Elternteil das gleiche Merkmal aufweisen muss, es sei denn, es ist durch eine unwahrscheinliche neue Mutation entstanden. Beispiele für autosomal-dominante Merkmale und Störungen sind die Huntington-Krankheit und die Achondroplasie .

Autosomal-rezessive Vererbung

Autosomal-rezessive Vererbung, 25 % Chance

Autosomal-rezessive Merkmale sind ein Vererbungsmuster für ein Merkmal, eine Krankheit oder eine Störung, die durch Familien weitergegeben werden. Damit ein rezessives Merkmal oder eine rezessive Krankheit angezeigt werden kann, müssen zwei Kopien des Merkmals oder der Störung vorgelegt werden. Das Merkmal oder Gen befindet sich auf einem Nicht-Geschlechtschromosom. Da zwei Kopien eines Merkmals erforderlich sind, um ein Merkmal zu zeigen, können viele Menschen unwissentlich Träger einer Krankheit sein. Aus evolutionärer Sicht kann eine rezessive Krankheit oder ein rezessives Merkmal mehrere Generationen lang verborgen bleiben, bevor der Phänotyp sichtbar wird. Beispiele für autosomal-rezessive Erkrankungen sind Albinismus , Mukoviszidose .

X- und Y-gebundene Vererbung

X-chromosomale Gene befinden sich auf dem X-Chromosom des Geschlechts. X-chromosomale Gene haben ebenso wie autosomale Gene sowohl dominante als auch rezessive Typen. Rezessive X-chromosomale Störungen werden bei Frauen selten beobachtet und betreffen normalerweise nur Männer. Dies liegt daran, dass Männer ihr X-Chromosom erben und alle X-gebundenen Gene von der mütterlichen Seite vererbt werden. Väter geben nur ihr Y-Chromosom an ihre Söhne weiter, sodass keine X-chromosomalen Merkmale vom Vater an den Sohn vererbt werden. Männer können keine Träger für rezessive X-chromosomale Merkmale sein, da sie nur ein X-Chromosom haben, sodass jedes von der Mutter geerbte X-chromosomale Merkmal auftaucht.

Frauen exprimieren X-chromosomale Störungen, wenn sie homozygot für die Störung sind und werden Trägerinnen, wenn sie heterozygot sind. X-chromosomal-dominante Vererbung zeigt den gleichen Phänotyp wie heterozygot und homozygot. Genau wie bei der X-chromosomalen Vererbung fehlt es an männlicher Vererbung, wodurch sie von autosomalen Merkmalen unterschieden werden kann. Ein Beispiel für ein X-chromosomales Merkmal ist das Coffin-Lowry-Syndrom , das durch eine Mutation im ribosomalen Proteingen verursacht wird. Diese Mutation führt zu skelettalen, kraniofazialen Anomalien, geistiger Behinderung und Kleinwuchs.

X-Chromosomen bei Frauen durchlaufen einen Prozess, der als X-Inaktivierung bekannt ist . X-Inaktivierung ist, wenn eines der beiden X-Chromosomen bei Frauen fast vollständig inaktiviert ist. Es ist wichtig, dass dieser Prozess abläuft, sonst würde eine Frau die doppelte Menge an normalen X-Chromosom-Proteinen produzieren. Der Mechanismus der X-Inaktivierung tritt während des embryonalen Stadiums auf. Bei Menschen mit Störungen wie Trisomie X , bei denen der Genotyp drei X-Chromosomen hat, werden durch die X-Inaktivierung alle X-Chromosomen inaktiviert, bis nur noch ein X-Chromosom aktiv ist. Männer mit Klinefelter-Syndrom , die ein zusätzliches X-Chromosom haben, werden ebenfalls einer X-Inaktivierung unterzogen, um nur ein vollständig aktives X-Chromosom zu haben.

Eine Y-chromosomale Vererbung tritt auf, wenn ein Gen, eine Eigenschaft oder eine Störung durch das Y-Chromosom übertragen wird. Da Y-Chromosomen nur bei Männern vorkommen, werden Y-gebundene Merkmale nur vom Vater an den Sohn weitergegeben. Der Hoden-Bestimmungsfaktor , der sich auf dem Y-Chromosom befindet, bestimmt die Männlichkeit von Individuen. Außer der im Y-Chromosom vererbten Männlichkeit gibt es keine weiteren Y-gebundenen Merkmale.

Stammbaumanalyse

Ein Beispiel für einen Familienstammbaum mit autosomal-rezessivem Merkmal

Ein Stammbaum ist ein Diagramm, das die Ahnenbeziehungen und die Übertragung genetischer Merkmale über mehrere Generationen in einer Familie zeigt. Quadratische Symbole werden fast immer verwendet, um Männer darzustellen, während Kreise für Frauen verwendet werden. Stammbäume werden verwendet, um viele verschiedene genetische Krankheiten zu erkennen. Ein Stammbaum kann auch verwendet werden, um die Chancen eines Elternteils zu bestimmen, Nachkommen mit einem bestimmten Merkmal zu produzieren.

Durch die Stammbaumanalyse können vier verschiedene Merkmale identifiziert werden: autosomal-dominant, autosomal-rezessiv, x-chromosomal oder y-chromosomal. Partielle Penetranz kann aus Stammbäumen angezeigt und berechnet werden. Die Penetranz ist die prozentuale ausgedrückte Häufigkeit, mit der Individuen eines gegebenen Genotyps zumindest einen gewissen Grad eines spezifischen mutierten Phänotyps, der mit einem Merkmal assoziiert ist, manifestieren.

Inzucht oder Paarung zwischen eng verwandten Organismen ist auf den Ahnentafeln deutlich zu erkennen. Ahnentafeln von königlichen Familien weisen oft einen hohen Grad an Inzucht auf, da es für Könige üblich und vorzuziehen war, ein anderes Mitglied der königlichen Familie zu heiraten. Genetische Berater verwenden häufig Stammbäume, um Paaren zu helfen, festzustellen, ob die Eltern in der Lage sind, gesunde Kinder zu zeugen.

Karyotyp

Ein Karyotyp eines menschlichen Mannes mit 46 Chromosomen, einschließlich XY-Geschlechtschromosomen.

Ein Karyotyp ist ein sehr nützliches Werkzeug in der Zytogenetik. Ein Karyotyp ist ein Bild aller Chromosomen im Metaphasestadium , geordnet nach Länge und Zentromerposition. Ein Karyotyp kann aufgrund seiner Fähigkeit, genetische Störungen zu diagnostizieren, auch in der klinischen Genetik nützlich sein. Bei einem normalen Karyotyp kann eine Aneuploidie erkannt werden, indem man deutlich fehlende oder zusätzliche Chromosomen beobachten kann.

Giemsa-Banding, g-Banding , des Karyotyps kann verwendet werden, um Deletionen , Insertionen , Duplikationen, Inversionen und Translokationen zu erkennen . G-Banding färbt die Chromosomen mit hellen und dunklen Bändern, die für jedes Chromosom einzigartig sind. Ein FISH, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung , kann verwendet werden, um Deletionen, Insertionen und Translokationen zu beobachten. FISH verwendet fluoreszierende Sonden, um an spezifische Sequenzen der Chromosomen zu binden, wodurch die Chromosomen eine einzigartige Farbe fluoreszieren.

Genomik

Genomik ist das Gebiet der Genetik, das sich mit strukturellen und funktionellen Untersuchungen des Genoms befasst. Ein Genom ist die gesamte DNA, die in einem Organismus oder einer Zelle enthalten ist, einschließlich nuklearer und mitochondrialer DNA. Das menschliche Genom ist die gesamte Sammlung von Genen eines Menschen, die im menschlichen Chromosom enthalten ist und aus über drei Milliarden Nukleotiden besteht. Im April 2003 konnte das Human Genome Project die gesamte DNA im menschlichen Genom sequenzieren und feststellen, dass das menschliche Genom aus rund 20.000 proteinkodierenden Genen besteht.

Medizinische Genetik

Die medizinische Genetik ist der Zweig der Medizin , der sich mit der Diagnose und Behandlung von Erbkrankheiten befasst . Medizinische Genetik ist die Anwendung der Genetik auf die medizinische Versorgung. Es überschneidet sich beispielsweise mit der Humangenetik, beispielsweise würde die Erforschung der Ursachen und der Vererbung genetischer Störungen sowohl in der Humangenetik als auch in der medizinischen Genetik berücksichtigt, während die Diagnose, Behandlung und Beratung von Personen mit genetischen Störungen als Teil der medizinischen Genetik betrachtet würde.

Populationsgenetik

Populationsgenetik ist der Zweig der Evolutionsbiologie, der für die Untersuchung von Prozessen verantwortlich ist, die Veränderungen der Allel- und Genotypfrequenzen in Populationen auf der Grundlage der Mendelschen Vererbung verursachen . Vier verschiedene Kräfte können die Frequenzen beeinflussen: natürliche Selektion , Mutation , Genfluss (Migration) und genetische Drift . Eine Population kann als eine Gruppe sich kreuzender Individuen und ihrer Nachkommen definiert werden. Für die Humangenetik werden die Populationen nur aus der menschlichen Spezies bestehen. Das Hardy-Weinberg-Prinzip ist ein weit verbreitetes Prinzip zur Bestimmung der Allel- und Genotypfrequenzen.

Mitochondriale DNA

Zusätzlich zur nuklearen DNA besitzt der Mensch (wie fast alle Eukaryoten ) mitochondriale DNA . Mitochondrien , die „Kraftwerke“ einer Zelle, besitzen eine eigene DNA. Mitochondrien werden von der Mutter geerbt, und ihre DNA wird häufig verwendet, um mütterliche Abstammungslinien zu verfolgen (siehe mitochondriale Eva ). Mitochondriale DNA ist nur 16 kb lang und kodiert für 62 Gene.

XY-Chromosomen

Gene und Sex

Das XY-Geschlechtsbestimmungssystem ist das Geschlechtsbestimmungssystem, das beim Menschen , den meisten anderen Säugetieren , einigen Insekten ( Drosophila ) und einigen Pflanzen ( Ginkgo ) vorkommt. In diesem System wird das Geschlecht eines Individuums durch ein Paar von Geschlechtschromosomen ( Gonosomen ) bestimmt. Frauen haben zwei von der gleichen Art von Sex - Chromosom (XX), und das angerufene homogametische Geschlecht . Männer haben zwei verschiedene Geschlechtschromosomen (XY) und werden als heterogametisches Geschlecht bezeichnet .

X-chromosomale Merkmale

Sex Linkage ist die phänotypische Expression eines Allels, das mit dem chromosomalen Geschlecht des Individuums in Beziehung steht. Dieser Vererbungsmodus steht im Gegensatz zur Vererbung von Merkmalen auf autosomalen Chromosomen, bei der beide Geschlechter die gleiche Vererbungswahrscheinlichkeit haben. Da Menschen viel mehr Gene auf dem X als auf dem Y haben , gibt es viel mehr X-gebundene Merkmale als Y-gebundene Merkmale. Frauen tragen jedoch zwei oder mehr Kopien des X-Chromosoms, was zu einer potenziell toxischen Dosis von X-chromosomalen Genen führt .

Um dieses Ungleichgewicht zu korrigieren, haben weibliche Säugetiere einen einzigartigen Mechanismus zur Dosiskompensation entwickelt . Insbesondere durch den als X-Chromosomen-Inaktivierung (XCI) bezeichneten Prozess schalten weibliche Säugetiere eines ihrer beiden X auf komplexe und hoch koordinierte Weise transkriptionell zum Schweigen.

X-Link dominant X-Link rezessiv Verweise
Alport-Syndrom Fehlen von Blut im Urin
Sarg-Lowry-Syndrom Keine Schädelfehlbildungen
Farbsehen Farbenblindheit
Normaler Gerinnungsfaktor Hämophilie A & B
Starkes Muskelgewebe Duchenne-Muskeldystrophie
fragiles X-Syndrom Normales X-Chromosom
Aicardi-Syndrom Fehlen von Hirndefekten
Fehlen von Autoimmunität IPEX-Syndrom
Blutgruppe Xg Abwesenheit von Antigen
Herstellung von GAGs Hunter-Syndrom
Normale Muskelkraft Beckers Muskeldystrophie
Nicht betroffener Körper Morbus Fabry
Keine fortschreitende Blindheit Choroiderämie
Kein Nierenschaden Dent-Krankheit
Rett-Syndrom Keine Mikrozephalie
Herstellung von HGPRT Lesch-Nyhan-Syndrom
Hoher Kupfergehalt Menkes-Krankheit
Normale Immunwerte Wiskott-Aldrich-Syndrom
Fokale dermale Hypoplasie Normal pigmentierte Haut
Normales Pigment in den Augen Augenalbinismus
Vitamin-D-resistente Rachitis Aufnahme von Vitamin D
Synästhesie Nicht-Farbwahrnehmung

Menschliche Züge mit möglichen monogenen oder oligogene Vererbungsmuster

Dominant Rezessiv Verweise
Niedrige Herzfrequenz Hohe Herzfrequenz
Witwenspitze gerader Haaransatz
okulärer Hypertelorismus Hypotelorismus
Normaler Verdauungsmuskel POLIP-Syndrom
Grübchen im Gesicht * Keine Grübchen im Gesicht
Kann PTC schmecken PTC kann nicht geschmeckt werden
Nicht befestigtes (freies) Ohrläppchen Angesetztes Ohrläppchen
Haarrichtung im Uhrzeigersinn (von links nach rechts) Haarrichtung gegen den Uhrzeigersinn (von rechts nach links)
Gespaltenes Kinn glattes Kinn
Keine fortschreitende Nervenschädigung Friedreichsche Ataxie
Fähigkeit, die Zunge zu rollen (Fähigkeit, die Zunge in einer U-Form zu halten) Keine Fähigkeit, die Zunge zu rollen
zusätzlicher Finger oder Zeh Normale fünf Finger und Zehen
Gerader Daumen Per Anhalter Daumen
Sommersprossen Keine Sommersprossen
Feuchtes Ohrenschmalz Trockenes Ohrenschmalz
Normale flache Handfläche Cenani Lenz Syndaktylismus
Kurzheit in den Fingern Normale Fingerlänge
Schwimmhäute Normale getrennte Finger
Römische Nase Keine prominente Brücke
Marfan-Syndrom Normale Körperproportionen
Huntington-Krankheit Keine Nervenschäden
Normale Schleimhaut Mukoviszidose
Photischer Niesreflex Kein ACHOO-Reflex
Geschmiedetes Kinn Zurückweichendes Kinn
Weiße Stirnlocke Dunkle Stirnlocke
Ligamentärer Angustus Bänderschlaff
Fähigkeit, Zucker zu essen Galaktosämie
Totale Leukonychie und Bart-Pumphrey-Syndrom partielle Leukonychie
Kein fischartiger Körpergeruch Trimethylaminurie
Primäre Hyperhidrose wenig Schwitzen in den Händen
Lactose-Persistenz * Laktoseintoleranz *
Vorstehendes Kinn (V-förmig) weniger hervorstehendes Kinn (U-förmig)
Anfällig für Akne Klarer Teint
Normale Größe Knorpel-Haarhypoplasie

Deaktivierungsbedingungen

Genetisches
Chromosom

Wirkung Quelle Verweise
Down-Syndrom Zusätzliches 21. Chromosom
Cri-du-Chat-Syndrom Partielle Deletion eines Chromosoms in der B-Gruppe
Klinefelter-Syndrom Ein oder mehrere zusätzliche Geschlechtschromosomen
Turner-Syndrom Umlagerung eines oder beider X-Chromosomen, Deletion eines Teils des zweiten X-Chromosoms, Vorhandensein eines Teils eines Y-Chromosoms

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links