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Tutorial MenueVom Gen zum Protein - eine EinführungLerneinheit 1 von 3

Genomstruktur in Eu- und Prokaryonten

Die Geschlechtschromosomen X und Y

Frauen haben im Normalfall in jeder Körperzelle zwei X-Chromosomen, Männer haben nur eines. Theoretisch müssten also Frauen in ihren Körperzellen doppelt so hohe Konzentrationen aller Proteine haben, deren Gene auf dem X-Chromosom liegen. Welchen negativen Effekt nur ein einziges überzähliges Chromosom haben kann, wird bei Trisomien der autosomalen Chromosomen deutlich. Wenn eines der Autosomen in drei anstatt in zwei Kopien in der Zelle vorliegt, ist der Embryo in den meisten Fällen nicht lebensfähig. Bei den wenigen Fällen, in denen ein Embryo trotz Trisomie überlebt, sind erhebliche körperliche und geistige Schäden die Folge (z.B. bei dem Down-Syndrom, einer Trisomie des Chromosoms 21). Zellen müssen also über einen Mechanismus verfügen, wie die doppelte Gendosis des zweiten X-Chromosoms kompensiert werden kann. Dieses geschieht bereits sehr früh in der Entwicklung des Embryos durch die Inaktivierung eines der beiden X-Chromosomen.

Die Inaktivierung des zweiten X-Chromosomens findet kurz nach der Befruchtung im Stadium der mehrzelligen Blastocyste statt. Ob dabei das mütterliche oder das väterliche X-Chromosom inaktiviert wird, ist in jeder Zelle dem Zufall überlassen. Die DNA wird dabei methyliert und stark kondensiert, so dass dieses inaktivierte X-Chromosom nun als so genanntes Barr-Körperchen in den Zellen sichtbar wird. Bei den nachfolgenden Teilungen der Blastocysten-Zellen wird dieses Methylierungsmuster unverändert an die Tochterzellen weitergegeben. Im Hinblick auf die jeweils aktiven X-chromosomalen Gene sind Frauen also ein Art genetisches Patchwork. Ein Beipiel zur Veranschaulichung: Die Fellflecken mancher Katzen sind auf diese unterschiedliche Inaktivierung des X-Chromosoms zurückzuführen. Hier wird äußerlich sichtbar, an welchen Körperstellen jeweils das mütterliche oder das väterliche Gen für die Fellfarbe aktiv ist.

Die Inaktivierung der X-Chromosomen ist auch dafür verantwortlich, dass überzählige Kopien dieses Geschlechtschromosoms weitaus weniger schwere Auswirkungen haben als Trisomien von autosomalen Chromosomen. XXX-Frauen oder XXY-Männer sind oft bis auf Kleinwuchs und eine verminderte Intelligenz normal. Auch die Rot/Grün-Blindheit, die bei Männern über zehnmal häufiger auftritt als bei Frauen, hat mit diesem Phänomen zu tun. Diese rezessive Mutation, die auf dem X-Chromosom lokalisiert ist, führt dazu, dass keine rot- bzw. grün-empfindlichen Rezeptorproteine in der Netzhaut vorhanden sind. Männer mit nur einer Kopie des X-Chromosoms sind bei dieser Mutation immer zu 100 % betroffen, während bei Frauen die Symptome kaum oder gar nicht auftreten, da hier statistisch gesehen in der Häfte aller Körperzellen das nicht-mutierte X-Chromosom aktiv ist und noch genügend Farbrezeptoren liefert.

Zusatzinformation

Die Evolution der Geschlechtschromosomen

Die Entwicklung der Geschlechtschromsomen aus ursprünglich autosomalen Chromosomen begann vermutlich vor etwa 300 Millionen Jahren. Der genetische Austausch zwischen den beiden Chromsomen, die später zum X- und Y-Chromosom werden sollten, reduzierte sich immer mehr. Im Gegenzug wurden alle wichtigen Gene, die in einer Zelle in doppelter Kopie vorliegen müssen, mehr und mehr auf autosomale Chromosomen verlagert. Als Folge trägt das Y-Chromosom heute vor allem solche Gene, die für die männliche Fruchtbarkeit relevant sind, während die meisten Stoffwechselgene auf diesem Chromosom im Verlauf der Evolution verloren gingen.

Mutationen auf den Geschlechtschromosomen setzen sich beim Mann sehr viel schneller durch als bei Frauen, da hier keine zweite Kopie die Mutation kompensieren kann. Im Laufe der Evolution sammelten sich so zunehmend Gene auf diesen Chromosomen an, die für den Mann einen Selektionsvorteil bieten. Männer sind in dieser Hinsicht also eher eine “Spielwiese” der Evolution, während Frauen mehr die genetische Information konservieren und damit die Reproduktion sicherstellen.

Man nimmt heute an, dass die Evolution der Geschlechtschromosomen auch für die Entwicklung von Säugetieren insgesamt entscheidend war. Auf dem menschlichen X-Chromosom findet sich dementsprechend viele Gene, die bei der Entwicklung von Hirn, Muskeln und Keimbahn eine Rolle spielen - im positiven wie im negativen Sinne. Von den bekannten ca. 220 genetischen Defekten, die mit mangelnder Intelligenz assoziiert sind, sind 10 % auf dem X-Chromosom lokalisiert. Etwas provokant formuliert, für einen Mann ist die Chance größer, hochintelligent zu sein, aber ebenso hoch ist die Chance, an X-chromosomal bedingtem Schwachsinn zu leiden. Bei Frauen hingegen wirkt das zweite X-Chromosom sowohl im einen wie auch im anderen Fall kompensatorisch.

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