Beschreibe vier Unterschiede zwischen DNA und RNA.

Leite aus den DNA-Sequenzen die jeweiligen Aminosäure-Sequenzen ab und charakterisiere die vorliegende Genmutation (Material 1, Material 2).

Erläutere die Rolle der Genschere CRISPR/Cas im Rahmen der klinischen Studie (Material 3).

Begründe die Notwendigkeit des Ansatzes B (Material 1, Material 3).

Leite aus dem Stammbaum nachvollziehbar ab, ob HCM a) dominant oder rezessiv sowie b) autosomal oder X-chromosomal vererbt wird (Material 4).

Ermittle die Wahrscheinlichkeit, mit der Person 8 Träger der Mutation ist (Material 4).

Stelle eine Hypothese auf, die erklärt, weshalb HCM nicht durch natürliche Selektion aus dem menschlichen Genpool verschwindet (Material 5).

Unterschiede:

• In der DNA fungiert Desoxyribose als Zuckerbaustein, während die RNA Ribose enthält.

• Die Basenausstattung der DNA umfasst Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin; in der RNA tritt Uracil an die Stelle von Thymin.

• Während die DNA in der Regel doppelsträngig vorliegt, ist die RNA überwiegend einzelsträngig aufgebaut.

• DNA-Moleküle besitzen im Vergleich zur RNA eine deutlich größere Kettenlänge.

Ohne Mutation:

DNA: 3′– TCG CCC ACC TCA AAC TCA CAC TTC ATA –5′

mRNA: 5′– AGC GGG UGG AGU UUG AGU GUG AAG UAU –3′

AS: Ser– Gly– Trp– Ser– Leu– Ser– Val– Lys– Tyr

Mit Mutation:

DNA: 3′– TCG CCC ACC TCA AAC ACT TCA TAG CCT –5′

mRNA: 5′– AGC GGG UGG AGU UUG UGA AGU AUC GGA –3′

AS: Ser– Gly– Trp– Ser– Leu– Stopp

Bei der vorliegenden Veränderung handelt es sich um eine Deletion, bei der vier Basen (TCAC) aus der DNA-Sequenz herausgefallen sind. Dies verursacht eine Leserasterverschiebung, die zu einer Verkürzung der Aminosäuresequenz führt, da infolge der Deletion bereits am sechsten Basentriplett ein Stoppcodon (mRNA: UGA) generiert wird. Es liegt demnach eine Nonsense-Mutation vor. Die Translation bricht daher vorzeitig ab, sodass ein verkürztes und voraussichtlich in seiner Funktion beeinträchtigtes Protein entsteht.

Erläutern

Ziel des CRISPR/Cas-Einsatzes in der vorliegenden Studie ist das gezielte Schneiden des mutierten Gens. Dazu wird eine zur mutierten Gensequenz komplementäre RNA synthetisiert und an das Cas-Enzym gekoppelt. Vor Beginn der S-Phase wird der gebildete CRISPR/Cas-Komplex in eine befruchtete Eizelle injiziert. Über die komplementäre Basenpaarung bindet der Komplex spezifisch an den mutierten DNA-Abschnitt, woraufhin das Cas-Enzym den Strang an dieser Stelle präzise durchtrennt.

Begründen

Ansatz B fungiert als Kontrollversuch, da in diesem Ansatz das mutierte Gen fehlt. Hierdurch soll verifiziert werden, dass CRISPR/Cas tatsächlich ausschließlich die mutierte Sequenz spaltet und die intakte DNA unbeschädigt bleibt. Fände auch in diesem Ansatz ein Schnitt statt, würde dies zu unerwünschten Veränderungen im Genom sowie unvorhersehbaren Nebenwirkungen führen.

Es handelt sich also um einen autosomalen Erbgang. Die Krankheit wird somit autosomal dominant vererbt.

Wahrscheinlichkeit ermitteln

Die betroffenen Eltern 1 und 2 haben einen phänotypisch gesunden Sohn 7 und müssen daher beide heterozygot sein und somit den Genotyp aufweisen.

P:

Keimzellen: ,

Kombinationsquadrat:

Die Wahrscheinlichkeit, dass Person 8 ein dominantes Allel besitzt, liegt bei und damit ist Person 8 mit iger Wahrscheinlichkeit Merkmalsträger.

Das Diagramm (Abb. 6) stellt die Häufigkeit der Neudiagnosen in Abhängigkeit vom Lebensalter dar. Bis etwa zum 40. Lebensjahr nimmt die Zahl der neu diagnostizierten Fälle nur moderat zu, bevor sie ab diesem Zeitpunkt deutlich steiler ansteigt.

Dies legt den Schluss nahe, dass erste Krankheitsanzeichen meist erst im reiferen Erwachsenenalter auftreten und eine Diagnose erst spät gestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt haben viele Betroffene ihre Fortpflanzungsphase jedoch bereits abgeschlossen und das Gen unwissentlich an die Folgegeneration weitergegeben. Die Mutation wirkt sich somit nicht negativ auf die biologische Fitness der Merkmalsträger aus und wird daher nicht durch natürliche Selektion aus dem menschlichen Genpool eliminiert.